И вот Крукс преподнес научному миру новую сенсацию — лучистую материю…
Началось с того, что ученый наблюдал за свечением, возникающим при прохождении электрического тока через разреженные газы. Добившись лучшего разрежения газов, чем его предшественники, Крукс увидел, что свечение газа прекратилось, но при этом ярко засветились стенки стеклянной трубки, в которой он вел эксперимент.
Чтобы понять, почему же стенки трубки начали светиться, Крукс проводит серию опытов. И делает такой вывод: внутри трубки под действием электрического тока возникают особые лучи. Они не способны огибать препятствия. Крукс убедился в этом, поставив на пути лучей предмет в виде креста — тень креста обозначилась на светящейся стенке трубки. В курсах по физике и теперь можно встретить описание этого эксперимента под названием «крест Крукса».
Ученый наблюдал и такой эффект: лучи крутили лопасти маленькой вертушки подобно тому, как ветер вращает крылья мельницы. (Этот опыт так и называется «мельница Крукса»).
Крукс заметил и то, что лучи материи отклоняются от прямолинейного пути, если на них воздействовать магнитом. Они не только заставляют фосфоресцировать стенки трубки, но и нагревают ее.
Обо всем этом он и спешил рассказать коллегам, собравшимся в Шеффилде.
Удивительные явления, наблюдавшиеся в разреженных газах, побудили Крукса предположить возможность существования в природе четвертого состояния вещества — в отличие от твердого, жидкого и газообразного, известных людям с глубокой древности. Он писал: «Явления в этих разреженных газах открывают перед физикой новый мир — мир, в котором материя существует в четвертом состоянии».
«Я беру на себя смелость предположить, что главные проблемы будущего найдут свое решение именно в этой области и даже за нею», — утверждал ученый.
Но, интуитивно поняв кардинальный путь развития физики, Крукс останавливается в полном пессимизме пред вратами открытого им мира, «мира, в который мы никогда не будем в состоянии войти и по отношению к которому мы должны удовлетвориться наблюдениями и опытами со стороны», — печально заключает он.
Логика науки неумолима. Несмотря на неверие самого Крукса в возможность использования этой материи для практических целей и нужд человечества, он привел в действие единственный вечный двигатель, существующий в природе: любознательность человека, стремление к истине, к познанию…
Теперь, когда говорят о четвертом состоянии вещества, имеют в виду плазму. Плазма — ионизированный, но не обязательно разреженный газ. Свойства плазмы так сильно отличаются от свойств обычных газов, что возведение ее в ранг четвертого состояния вещества представляется вполне оправданным.
Электроны и ионы в опыте Крукса были первой модификацией плазмы. В природе же плазма встречается во многих модификациях. Очень разреженная и холодная плазма заполняет большую часть космического пространства. Вопреки прогнозам Крукса, космонавты изучают свойства плазмы, пролетая сквозь нее. Хорошо изучены современными учеными и верхние слои атмосферы Земли, Венеры и других больших планет — они тоже представляют собой плазму.
Известны современной науке и образцы раскаленной плазмы: это не что иное, как Солнце и большинство звезд. Они представляют собой огромные скопления разогретой до чудовищной температуры плазмы. На поверхности это тысячи, в центральных областях — десятки и сотни миллионов градусов. Одновременно с ростом температуры в глубинах звезд растет и давление. В их недрах протекают термоядерные реакции, основной источник выделяемой ими энергии. К тайне этих реакций приковано внимание всех исследователей, поставивших своей целью создать на Земле источники энергии, подобные щедрому Солнцу. Управляемая термоядерная реакция — это надежда сегодняшней энергетики. Именно в созданной человеком, подвластной его контролю термоядерной плазме будет происходить термоядерная реакция, призванная положить конец угрозе энергетического кризиса. В современных магнитных ловушках — советских «Токамаках», в лазерных термоядерных установках ученые видят черты будущих промышленных электростанций. Покорение термоядерной плазмы означает начало нового этапа цивилизации.
Крукс поразился бы, узнав, как разнообразны в наше время технические применения его лучистой материи, которой сто лет назад он не нашел места в практике. Сегодня плазма светится в неоновых и других разноцветных рекламных трубках, наполненных различными газами. Плазма возбуждает свечение люминесцентных ламп. Плазменные резаки работают более эффективно, чем обычные газовые горелки. Новая плазменная технология позволяет получать чистые тугоплавкие металлы, производить новые химические вещества. Плазменные двигатели применяются для коррекции положения и траектории искусственных спутников Земли и космических объектов. Они же донесут космические лаборатории к звездам.
«Огонёк» № 46, 1979 г.
Почему небо голубое?
Чепуха!
Скажите, вы задумывались над тем, почему небо голубое? Не зеленое, не красное, а… голубое!
Один из вас, возможно, скажет: голубое потому, что таков уж цвет воздуха. Другой добавит: или цвет одного из составляющих его газов.
Конечно, так думали давно, еще до того, как величайший из физиков Ньютон открыл законы смешения цветов и сказал: чепуха! Небо не имеет цвета. Оно лишь кажется голубым благодаря особому рассеянию солнечного света на водяных пузырьках, носящихся в воздухе.
Хотя в этих словах Ньютона и была известная правда, однако загадку небесной лазури он не разрешил. Он не заметил пустяка: никаких водяных пузырьков в воздухе в действительности нет. В этом убедились современные метеорологи.
ОТ ПЫЛИНОК К МОЛЕКУЛАМ
Ошибка Ньютона раззадорила многих ученых. В самом деле — XVII век, а наука не знает, почему небо голубое!
Прошли еще два столетия, и за решение загадочной проблемы взялся видный английский физик лорд Рэлей, увлекавшийся оптикой.
Известно, что посторонний свет мешает тончайшим оптическим опытам, поэтому окна оптической лаборатории всегда затянуты черными непроницаемыми шторами. И Рэлей часами оставался в своей мрачной комнате один на один с пучками света, вырывающимися из приборов. На пути лучей кружились пылинки… Не эти ли пылинки, танцующие в световом луче, подсказали ученому мысль о происхождении цвета неба?
Догадка поначалу ошеломила Рэлея. Неужели? Неужели все так просто?! Рэлей схватил карандаш и на клочке бумаги набросал несколько формул. Математический расчет превратил догадку в уверенность.
Ну, конечно, вскоре объявил Рэлей, именно пылинки рассеивают солнечный свет, и тем сильнее, чем короче длина его волны. А так как фиолетовые и синие лучи в видимом солнечном спектре имеют самую маленькую длину волны, то они рассеиваются наиболее сильно, придавая небу голубую окраску.
Этому расчету Рэлея подчинились и зори, и снежные вершины. Даже они подтвердили теорию ученого.
На восходе и закате, когда солнечный свет проходит через наибольшую толщу воздуха, фиолетовые и синие лучи, говорит теория Рэлея, рассеиваются наиболее сильно. Поэтому они отклоняются от прямого пути и не попадают в глаз наблюдателя. Он видит главным образом красные лучи, которые рассеиваются гораздо слабее. Поэтому на восходе и закате Солнце кажется нам красным. По той же причине кажутся розовыми и вершины отдаленных снежных гор…
Не правда ли, убедительное объяснение? Им так увлекся сам Рэлей, ученые так были поражены стройностью этой теории, что никто не заметил одной простой вещи, которая тем не менее свела всю работу Рэлея на нет.
Кто же будет отрицать, что вдали от городов, где в воздухе гораздо меньше пыли, голубой цвет неба особенно чист и ярок? Трудно было оспаривать такую очевидную истину. Да, спорить и защищать теорию, основанную на пылинках, было бесполезно.
Итак, загадка голубого цвета неба снова возникла перед учеными. Но Рэлей не сдавался. Молекулы воздуха, вскоре объявил он, — вот те мельчайшие частицы, которые рассеивают свет Солнца!
На этот раз Рэлей был очень осторожен. Десятки раз проверял он свои выводы и только после этого опубликовал их.
Казалось, теория Рэлея безупречна. Все ученые приняли ее безоговорочно. Эта теория стала общепризнанной и вошла во все учебники оптики. Тайна небесной лазури была расшифрована.
КТО ДЕРЗНУЛ?
Но (и это еще не самое парадоксальное в злополучной истории с окраской неба!)… в 1907 году на страницах одного научного журнала вновь был поднят вопрос: почему небо голубое?! Кто же дерзнул подвергнуть сомнению общепризнанную Рэлееву теорию!
Как ни странно, это был один из самых горячих поклонников и почитателей ученого. Пожалуй, никто так не ценил и не понимал Рэлея, не знал так хорошо его работ, так не интересовался ими, как молодой русский физик, впоследствии академик, Леонид Мандельштам.
Мандельштам не только показал ошибочность, или, как он сам любил говорить, «недостаточность», Рэлеевой теории молекулярного рассеяния света. Не только раскрыл тайну небесной лазури, но и положил начало исследованиям, приведшим к одному из самых замечательных открытий XX века.
А началось все с заочного спора с Рэлеем. Когда в начале нашего века, еще совсем молодой, Мандельштам познакомился с теорией Рэлея, она поразила его своей недоговоренностью и внутренними противоречиями, которых не замечал многоопытный Рэлей.
Мандельштам указал, что если бы процесс рассеяния происходил так, как считает Рэлей, то рассеяние должно было бы… полностью отсутствовать… И подтвердил это безупречным математическим расчетом.
Вывод был обескураживающий. Выходило, что небо, если верить теории Рэлея, и днем должно быть черным.
Выходило, что расчет Рэлея отбрасывал всю проблему далеко назад…
Итак, здание Рэлеевой теории окончательно рухнуло. Из-под его обломков снова возник пресловутый вопрос: почему же небо голубое?
Откуда новые частоты?
Впрочем, Мандельштам не полностью «разоружил» Рэлея. Он только выбил из его рук главный аргумент. Советский физик вовсе не возражал против того, что в голубой окраске неба повинны молекулы. Но он был против ошибочного объяснения, которое дал этому явлению Рэлей. Следующий решающий шаг сделал польский физик Смолуховский. Он показал, что не сами одиночные молекулы, а их случайные скопления — есть те препятствия, на которых рассеивается солнечный свет.
Если это так, то сгустки молекул, возникая и исчезая хаотически, должны вызывать мигание рассеянного света. Это эффект настолько тонкий, что его нечего и пытаться обнаружить, однако одновременно должен наблюдаться и другой эффект — небольшое изменение длины волны — частоты колебаний рассеянного света по сравнению с падающим. Это также очень тонкий эффект, но в лаборатории его стоит попытаться обнаружить: это окончательно подтвердит теорию…
Так думал Мандельштам и мучительно искал возможность осуществить опыт. А это в трудные годы послевоенной разрухи и иностранной интервенции было, пожалуй, посложнее, чем создать саму теорию. Что же касается ее практической ценности, то в то время даже сам виновник открытия не подозревал о ее значении.
В 1925 году Мандельштам вместе с молодым физиком, тоже впоследствии академиком, Ландсбергом продолжили штурм тайн, скрытых в слабых лучах рассеянного света… После долгих раздумий ученые для простоты решили изучать рассеяние света на твердых телах и для этой цели выбрали кварц.
В 1927 году начались первые опыты. Ученые осветили кристалл кварца светом ртутной лампы и… удивились! Они обнаружили не небольшие, еле уловимые изменения частоты рассеянного кристаллом света ртутной лампы, а, против ожидания, уловили частоты гораздо более высокие и низкие. В спектре рассеянного света появилась целая комбинация частот, которых не было в падающем свете.
Результаты опыта были неожиданны и необычны. Мандельштам и Ландсберг обнаружили совсем не то, что искали, что было предсказано теорией. Попутно они открыли совершенно новое явление.
Но какое? И не ошибка ли это? Началась тщательная проверка. Многие месяцы ученые искали объяснение обнаруженному явлению. Откуда в рассеянном свете появились «чужие» частоты?!
И настал день, когда Мандельштама осенила догадка. Это было удивительное открытие, то самое, которое и по сей день считается одним из важнейших открытий физики нашего времени.
Мандельштам угадал, что причина появления новых частот кроется внутри молекул вещества, рассеивающего свет. Что они — результат колебаний атомов, составляющих молекулу. Эти колебания и сказываются на рассеянном свете. Молекулы как бы метят его, оставляют на нем свои следы, зашифровывают дополнительными частотами.
Советские ученые сразу поняли все значение открывшегося им явления. Но они единодушно решили не спешить с опубликованием открытия. Надо было многое проверить, уточнить. Начались решающие эксперименты…
А В ЭТО ВРЕМЯ В ДАЛЕКОЙ ИНДИИ…
В Калькутте два индийских ученых, Ч. В. Раман и К. С. Кришнан, писали письмо в английский журнал «Нэйчр» («Природа»). И когда вышел очередной номер, ученый мир охватило небывалое волнение: новое открытие в оптике! В одной из древнейших наук!
Письмо индийских ученых, отправленное ими 16 февраля 1928 года, было опубликовано в «Нэйчр» 31 марта. В своем письме Раман и Кришнан рассказывали об удивительных опытах, которые они поставили, и о еще более удивительных результатах. Они нацелили на Солнце большой телескоп и собрали его свет в узкий пучок. Собранный пучок света исследователи направили через призму на сосуды, в которых помещались жидкости и газы, тщательно очищенные от пыли и других загрязнений. Затем они исследовали свет, выходящий из сосудов и… не узнали его. В рассеянном свете они обнаружили «лишние» частоты.
Вещество изменяет спектральный состав падающего на него света — констатировали индийские ученые и объяснили это явление так, как поняли его сами, с точки зрения господствовавших тогда представлений.
Работа Рамана и Кришнана была встречена овациями в среде ученых. Все справедливо восторгались их экспериментальным искусством. За это открытие Раман был удостоен Нобелевской премии…
К письму индийских ученых была приложена фотография спектра, на которой были зафиксированы частоты падающего света и света, рассеянного на молекулах вещества.
Когда на эту фотографию взглянули Мандельштам и Ландсберг, они увидели почти точную копию фотографии, полученной ими. Но, познакомившись с объяснением, они поняли, что Раман и Кришнан ошиблись.
Да, индийские ученые обнаружили то же самое явление, что и советские физики, только не в твердом, а в жидком и газообразном веществе. Но объяснили его неверно.
С НЕБА НА ЗЕМЛЮ
Пока разрасталось волнение, вызванное открытием индийских ученых, Мандельштам и Ландсберг подводили последние решающие итоги.
И вот 6 мая 1928 года одновременно в журнале Русского физического общества и в немецком журнале «Натурвисеншафтен» («Естественные науки») советские ученые обнародовали открытие комбинационного рассеяния света. Так они назвали новое явление.
А что же Раман и Кришнан? Как отнеслись они к открытию советских ученых, да и к своему тоже?
Через девять дней после опубликования статьи советских ученых они направили в «Нэйчр» письмо. Да, они поняли. Они тоже имели дело с комбинационным рассеянием света…
…Казалось бы, новое открытие — лишь новая победа теории. Однако огромное значение новой теории состояло в том, что она «спустилась» с неба на землю. Она дала мощное оружие технике. Промышленность получила отличный способ изучения свойств веществ.
Вы освещаете незнакомое вещество и, проанализировав рассеянный им свет, получаете точную характеристику этого вещества. Ну да, ведь молекулы вещества оставили на свету свои «следы». Другое вещество — иные отпечатки. Научитесь только читать эти следы, и молекулы расскажут вам о многих своих тайнах. Вы узнаете об их строении, о силах, связывающих атомы в молекулы, о характере движения атомов.
Освещая самые различные вещества, физики учились расшифровывать спектры рассеянного света. Учились понимать «световой язык», которым молекулы рассказывают о себе.
Сегодня новый метод изучения веществ из лаборатории ученых пришел на заводы. Он помогает быстро и точно проводить анализы авиационных бензинов, продуктов крекинга и многих других материалов. Он позволяет опознать вещество в сложной смеси, даже если его количество не превышает нескольких процентов.
Прошло много лет с тех пор, как язык молекул был открыт, расшифрован и понят Мандельштамом и Ландсбергом, Раманом и Кришнаном. С тех пор физики многих стран трудятся над составлением «словаря» языка молекул. Каждое новое слово в нем знаменует новую победу человека над природой, облегчает его труд, множит его богатства.
«Культура и жизнь» № 5, 1963 г.
Тайна сжатых атомов
Он порывисто схватил трубу, насыпал в нее тщательно перемешанную смесь, залил водой, закупорил и начал подогревать. Три года он готовился к этому опыту, решал задачу о составе смеси, обдумывал технику. Теперь он у цели.
Произошел взрыв, стекла в комнате и часть аппаратуры были разбиты вдребезги, но человек из рассказа Уэллса в упоении рассматривал плод своего безумного опыта — порошок, сверкающий бриллиантовыми зернами…
Уэллсу, удивительному английскому мечтателю, было четырнадцать лет, когда его страну, а затем и весь мир облетела сенсационная весть: Хэнней научился делать бриллианты! Английский ученый засыплет мир драгоценными камнями собственного изготовления!
Это событие вскружило голову не одному солидному дельцу, давшему себе слово не попадаться на удочку очередной сенсации. А подростку, страдающему недюжинным воображением, оно так пришлось по вкусу, так долго его преследовало, что через много лет заставило написать рассказ о человеке, научившемся делать алмазы.
Техника эксперимента Хэннея была весьма примитивна. Он смешивал различные углеводороды с костяным маслом и загружал эту смесь в трубу, подобную орудийному стволу. Затем заваривал отверстие трубы и подогревал ее до красного каления в течение 14 часов.
Герой Уэллса, усовершенствовав эту технику, поступал приблизительно так же, но охлаждал свое варево в течение двух лет, надеясь, что маленькие кристаллики подрастут. И когда он потушил огонь, вынул из горна цилиндр и стал его в нетерпении развинчивать, обжигаясь еще горячим металлом, он нашел внутри несколько мелких и три крупных алмаза.
Вот и вся разница между действительным экспериментом и выдуманным. Вся разница, если не считать, что ученым руководило стремление к покорению новых вершин науки, а героем Уэллса, обывателем, — страсть к обогащению. Кроме того, вымышленный охотник за бриллиантами скрывал свою тайну, боясь, что алмазы станут так же дешевы, как уголь, а Хэнней опубликовал описание своих опытов, и каждый мог при желании их повторить.
Мог… но, странное дело, с тех пор прошло свыше восьмидесяти лет, а еще ни одному ученому не помогли советы Хэннея. Как Хэнней получил свои алмазы, осталось тайной. Молва говорила, что ученый сделал восемьдесят попыток, но достиг успеха лишь на восемьдесят первой: он смог продемонстрировать всему миру кучку твердых сверкающих минералов.
12 маленьких кристалликов Хэннея создали своему творцу ореол славы. Они были водворены как чудо в Британский музей, где и хранятся под названием «искусственные алмазы Хэннея».
И действительно, это настоящие алмазы. Тщательное исследование этих кристалликов, проведенное уже в наше время — в 1943 году — при помощи рентгеновских лучей, с достоверностью подтвердило, что одиннадцать из двенадцати кристаллов — алмазы. Но действительно ли они получены искусственным путем, доказать невозможно: алмазы Британского музея до сих пор безмолвно хранят загадку своего происхождения…
Однажды в давние времена, разъезжая по щедрой Африке и еле успевая нагружать объемистый фургон слоновой костью, которую приносили туземцы в обмен на стеклянные бусы, дешевую материю и побрякушки, бродячий торговец был поражен невиданным зрелищем. В одной из деревень он наткнулся на детей, беспечно игравших удивительно сверкающими прозрачными камешками. Дошлый торговец сразу сообразил, что детишки перебрасываются никак не меньше, чем миллионами.
Это были первые алмазы, увиденные европейцем в Африке, алмазной сокровищнице, которая впоследствии начала поставлять на мировой рынок свыше 90 процентов драгоценных камней. Это были первые предвестники новых бед, которые упали в дальнейшем на страны «бриллиантовой» Африки. Сюда на поиски счастья потоком хлынули авантюристы, заболевшие алмазной горячкой, которая была сродни золотой, охватившей Калифорнию, Клондайк, Австралию.
Представьте себе, как должна была ошеломить охотников за бриллиантами весть о получении Хэннеем искусственных алмазов! Новый способ добычи алмазов привлек на свою сторону не меньше «жаждущих», чем старый. Среди них были и настоящие ученые и шарлатаны.
Изготовление драгоценных искусственных кристаллов доставило ученым годы тяжких и мучительных раздумий, поисков, ошибок. Энтузиасты шли трудным путем. Они тоже не раз в задумчивости перебирали алмазы. Но в сиянии драгоценных камней им чудился не блеск роскоши. Их взор искал в глубине алмаза призрак совсем иного вещества, схожего с углем. Рядом со сверкающим камнем им мерещились бархатно-черные глубины ничем не примечательного материала — графита.
«Алмаз и… графит? — спросите вы. — Что между ними общего? Что может быть более противоположно, чем эти воплощения света и мрака?»
Ученые знали: как это ни парадоксально, в двух столь различных материалах скрыто глубокое единство. Алмаз и графит, несмотря на то, что один прозрачный, другой черный, один самый твердый в природе материал, другой — странно мягкий, несмотря на столь различный вид и свойства, фактически одно и то же вещество. И это вещество — всем знакомый углерод.
Да, ученые давно поняли, что и графит и алмаз природа лепит из одних и тех же атомов углерода. Они знали, что простым нагреванием нетрудно превратить алмаз в графит. Вот эта-то легкость и заставляла многих думать о простоте обратного превращения. Но увы!.. Как ни нагревали графит, как ни сжимали его, алмаза из него не получалось.
Что же происходит в «подземных мастерских» природы, где изготавливаются почти все материалы, которыми пользуются люди? Об этом можно размышлять, спорить, гадать, но проверить, вещественно доказать до сих пор невозможно. И в этом парадокс нашего времени: человек достиг Луны раньше, чем смог проникнуть в глубь Земли хотя бы на десять километров!
Однако люди научились воспроизводить процессы, происходящие на звездах, гораздо раньше, чем приблизились к ним. Ядерные реакции уже скопированы в миниатюре на Земле.
Поиски путей получения искусственных алмазов приводили к попыткам создать в лабораториях условия, царящие в недрах Земли, к попыткам овладеть одной из важнейших сил природы — высоким давлением. Когда ученые заглянули в глубь вещества, сжатого высоким давлением, им открылся мир удивительных превращений. На их глазах исчезали знакомые вещества и появлялись новые, с иными свойствами и характерами. Исследователи сдавили желтый фосфор — он превратился в черное вещество с новыми физическими свойствами. Сжали лед — и оказалось, что знакомый всем нам лед лишь одна из семи его разновидностей и, кроме льда холодного, существует «горячий». Давление превращало серое олово со свойствами полупроводника в белое — металл.
И чем выше было давление, достигнутое при исследовании, чем сильнее сжималось вещество, тем большим становилось число новых, неожиданных явлений. Просветив подопытные материалы рентгеновскими лучами, ученые воочию убедились в необыкновенной силе воздействия высокого давления. Оно способно насильственно приблизить друг к другу атомы вещества, способно сдавить их так, что исчезнут все свободные участки между ними. При дальнейшем возрастании давления молекула превращалась в плотно сжатый комок атомов. А при давлениях в десятки и сотни миллионов атмосфер начинается переход к так называемому «раздавленному атому».
Кто не слышал о диковинных «белых карликах» — звездах, сжатых силами тяготения до такой степени, что большинство атомных ядер, оголенных, освобожденных от электронных оболочек, как бы сжимаются в один гигантский комок! Наперсток такого вещества весит столько, что его не увезет ни один локомотив.
Но ученые уверяют, что и это не предел сжатия материи. Можно так спрессовать ее, что будут деформироваться даже ядра атомов. Ядерные частицы нейтроны и протоны, сминая оболочки соседних частиц, вдавливаются в них, ломая и переделывая их структуру. Из такой обнаженной материи должны состоять «гиперонные» звезды, если они вообще существуют в природе. В таком состоянии материи оголены и прижаты друг к другу даже еще не изученные «ядрышки» протонов и нейтронов. И наперсток такого вещества весил бы десятки миллиардов тонн.
Это почти «крайние» давления, существующие в природе. Но нет ничего удивительного в том, что уже при давлениях, достижимых в лабораториях и не превышающих пока сотни тысяч атмосфер, поведение вещества не похоже на обычное.
Особенно удивило ученых поведение твердых кристаллических тел, сжатых высоким давлением. Если сжатый газ превращается в жидкость, а жидкость — в твердое тело, то как же действует высокое давление на кристаллическую решетку? — не раз задавали себе вопрос физики. Просветив одно из кристаллических тел — хлористый рубидий — рентгеновскими лучами, они увидели удивительную картину. Атомы, будто солдаты в строю, занимали каждый свое определенное место, создавая иногда причудливый узор кристаллической решетки. Даже под очень высоким давлением солдаты-атомы не разбегались, а перегруппировывались в более плотные построения.
Такую деформацию кристаллической решетки ученые увидели и у графита. Оказалось, что именно перегруппировка атомов углерода в графите в более стойкую формацию и рождает алмаз. И происходит это, как предсказал советский ученый Лейпунский, при давлении в несколько десятков тысяч атмосфер и температуре в несколько тысяч градусов.
Чудо современной техники позволило людям повторить чудо природы.
Применив столь высокое давление и температуру, советские, американские и шведские ученые уже в наши дни получили искусственные алмазы. Правда, они почему-то желтого цвета, что снижает их ювелирную ценность, зато они тверже естественных алмазов, что особенно важно для техники.
Советские ученые не остановились на этом. Получение алмазов было для них лишь одной из задач. По-настоящему их волновала другая сторона той же самой «алмазной» проблемы, которая привела к гораздо более важным результатам.
Нечто многообещающее в «алмазной проблеме» советские ученые увидели еще тогда, когда физики всего мира ломали головы над труднейшей задачей: из какого материала изготовить «печь», которая не разорвалась бы от громадного внутреннего давления в десятки тысяч атмосфер? И они нашли одно на первый взгляд странное решение. Аппарат для получения сверхвысокою давления сделали из самых обычных материалов, зато поместили его в жидкость. Да, в жидкость, которая, в свою очередь, находилась под большим давлением. Не правда ли, удивительно?
Чтобы стена покосившегося дома не обрушилась, ее подпирают балками. Подобно этому, стенки прибора как бы поддерживаются со всех сторон жидкостью, которая, как оказалось, придает его стенкам большую дополнительную прочность.
Давно уже ученых волновало то обстоятельство, что прочность существующих материалов в тысячи и десятки тысяч раз меньше, чем это следует из теоретических расчетов. Почему же в вопросах прочности теория так сильно отличается от практики?
Исследования последних лет показали, что в обычных металлах каждый сотый атом кристаллической решетки сидит не на месте. Казалось бы, какой пустяк! Но беда в том, что дефекты эти не остаются неподвижными. Они могут перемещаться и объединяться, образуя микротрещины и другие существенные нарушения структуры металла. Эти трещины под действием нагрузки разрастаются, становясь очагами разрушения. Ничтожные дефекты делают современные материалы в десятки тысяч раз более слабыми, чем они могли бы быть. Лишними материалами, усложнением конструкций платим мы за то, что не можем справиться с. «ничтожными» дефектами.
И вот оказалось, что под высоким давлением жидкости в металлах происходят своеобразные уплотнения. Трещины и раковины исчезают, поры затягиваются, разрывы сглаживаются. Более того, жидкость залечивает не только внутренние поражения металла. Она «зализывает» поверхностные раны и трещины, что также существенно упрочняет его. Этот процесс ученые назвали «самозалечиванием».
На эти обстоятельства и обратили особое внимание советские ученые. Они поняли, что в улучшении свойств металлов, находящихся в жидкости, не только ключ к получению искусственных алмазов, но, что гораздо важнее, ключ ко второму рождению материалов. Они решили создать для нашей промышленности прокатные станы, целиком погруженные в жидкость, находящуюся под высоким давлением. При прокатке металлических листов на таких станах будет получен металл повышенной прочности, а это значит, что существенно расширятся возможности конструирования машин, приборов и аппаратов. При равной прочности уменьшится вес изделия, будет получена огромная экономия металла.
Опытный образец такого прокатного стана уже создан. Но советские ученые пытаются заставить воду не только обрабатывать металлические листы, но и изготавливать из металлов различные сверхпрочные детали и проволоку. При этом проволоку выдавливают через небольшое отверстие в жидкость, сжатую до десяти тысяч атмосфер. Она получается пластичной и вдвое более прочной, чем изготавливаемая обычным способом. При помощи той же установки можно делать шестерни, трубы, сложные фасонные детали.
Как видите, наши ученые остроумно повернули «алмазную» проблему. Они научились придавать обыкновенным материалам несвойственную им высокую прочность. И с их помощью не только получили искусственные кристаллы, не только расширили диапазон исследований при сверхвысоких давлениях, но создали новую технологию обработки металлов, что несет революцию в технику будущего.
«Смена» № 17, 1962 г.
Свечение Черенкова
Глаз, оторвавшись от прибора, встречал лишь тьму. В абсолютной темноте работали дни за днями молодые энтузиасты, изучавшие природу света.
Изучать свет в темноте! Что может быть нелепее этого? Но тем не менее в начале тридцатых годов в здании Академии наук на набережной Невы ученые ежедневно входили в совершенно затемненные комнаты и подолгу сидели в них, обдумывая предстоящие опыты. Да, они сидели в абсолютной темноте и ничего не делали — они готовились, подготавливали свои глаза. Лишь через час они ощупью подходили к заранее отрегулированным приборам и приступали к работе.
Опыт начинался. Они смотрели и видели то, что совершенно невидимо для остальных людей. Они видели свечение столь слабое, что его не мог воспринять ни один из приборов, существовавших в то время.
Это были сотрудники и ученики академика С. И. Вавилова, доказавшего, что человеческий глаз после часового пребывания в темноте, способен видеть мельчайшие порции света, измеряемые всего десятками световых квантов.
Советские оптики настойчиво изучали люминесценцию.
ТАЙНА СВЕЧЕНИЯ
В 1932 году, в то время, когда Павел Алексеевич Черенков изучал свечение ураниловых солей, растворенных в воде и в других жидкостях, многие стороны явления люминесценции были неясны. Всякое новое наблюдение имело здесь цену. Но основным было выявление новых, неизвестных ранее закономерностей.
Как будет изменяться свечение, если добавить в раствор исследуемое вещество? Что будет, если мы разбавим раствор водой? Конечно, яркость свечения при этом изменится. Но важен не голый факт, а точный закон. Необходимо установить зависимость яркости свечения от концентрации светящегося вещества.
По мере ослабления свечения приходилось принимать меры для того, чтобы опыт был безупречным. Ведь под действием радиоактивного излучения могли светиться и стенки сосуда, в который налит раствор. Но просто вылить раствор и изучать свечение стенок пустого сосуда нельзя. Ведь условия при переходе света из стекла в воздух резко отличаются от условий перехода света из стекла в раствор.
Решение принято. Нужно заменить раствор чистой водой. По всем оптическим свойствам, конечно, кроме способности к люминесценции, вода очень мало отличается от слабого раствора.
Опыт поставлен. В сосуде дистиллированная вода. Но свечение почти не отличается от свечения слабого раствора.
Что это, недостаток методики или результат переутомления глаз? А может быть, дистиллированная вода, которой он пользовался, недостаточно чиста? Прежде всего спокойствие и контрольные опыты.
Все начинается сначала. Он берет чистейшую воду и тщательно промывает прибор. Он терпеливо сидит в темноте, восстанавливая остроту зрения. Опыт начинается и приводит его к тому же. В растворе нет ни следа ураниловой соли, но свечение сохраняется. Положение крайне тяжелое. Ему не удается отделить мешающий свет от люминесценции раствора. Что же делать?
Здесь возможно множество путей. Выбор их зависит от индивидуальности ученого, от его кругозора, от интуиции, наконец, от темперамента.
Нужно искать новые пути.
Но Черенков хочет прежде всего ясности. Он должен узнать, почему не удался его опыт. Почему же светится дистиллированная вода? Ведь до сих пор считалось, что она не способна к люминесценции. Однако… Он не может ничего сказать, пока не убедится в том, что вода действительно чиста. Может быть, все дело в стекле? Может быть, стекло, хотя и слабо, растворяется в воде и дает это свечение?
Черенков тщательно сушит свой прибор и наливает в него другую жидкость. Все то же.
Долой стекло. Он берет чистейший платиновый тигель. Под его дном он кладет ампулу с радием. Гамма-лучи от ста четырех миллиграммов радия проходят через дно тигля в жидкость. Сверху на жидкость направлен объектив прибора. Жидкость предельно чиста, а свечение почти не ослабело. Теперь он уверен: яркое свечение концентрированных растворов — это люминесценция. Слабое свечение чистых жидкостей имеет другую природу. Но он продолжает свои исследования.
И вот молодой ученый докладывает о своей работе. Шестнадцать чистейших жидкостей — дистиллированная вода, различные спирты, толуол и другие — обнаружили слабое свечение под действием гамма-лучей радия. В отличие от остальных случаев это свечение не распространяется во все стороны подобно свету от лампы, а видно лишь в узком конусе, вдоль направления гамма-лучей.
Установлено, что во всех этих жидкостях яркость свечения почти одинакова. Сильнее всего оно в четыреххлористом углероде, слабее — в изобутиловом спирте. Но разница невелика — всего 25 %. Он добавлял во все жидкости азотнокислое серебро, йодистый калий и другие сильнейшие тушители люминесценции. Никакого эффекта — свечение не прекращалось. Он нагревал жидкости, это сильно влияет на люминесценцию, но яркость свечения не изменялась. Теперь он может поручиться, что это не люминесценция.
В 1934 году, после двух лет тщательного исследования, в «Докладах Академии наук СССР» появляется статья Черенкова об открытии.
Сейчас черенковское излучение может увидеть каждый посетитель Всесоюзной промышленной выставки в Москве.
Здесь под пятиметровой толщей воды мягко сияет экспериментальный атомный реактор. Свечение, окружающее его, — это черенковское излучение, вызываемое в воде мощным радиоактивным излучением реактора.
Что он видит?
Волга, как известно, рождается в виде маленького родника среди Валдайской возвышенности. Не скоро она разливается могучей рекой, поражая своей мощью.
Новое открытие вошло в науку не без труда. Многие ученые, в том числе и крупные, сомневались, считали, что опыты поставлены не четко. Коллеги обсуждали с Черенковым его работы. Советовали, высказывали свои соображения.
В то время уже было известно, что люминесценция вызывается не самими гамма-лучами, а электронами, освобождающимися под их влиянием внутри жидкости. Электроны ударом возбуждают атомы жидкости. Вслед за этим атомы излучают свет.
Но Черенков доказал, что открытое им свечение не было люминесценцией.
Академик Вавилов, крупнейший специалист в области люминесценции, научный руководитель Черенкова, высказал предположение о том, что свечение вызвано тормозным излучением, известным как причина возникновения рентгеновских лучей. Весь небольшой коллектив размышлял над загадкой, но эксперименты по-прежнему вел один Черенков.
Помещая свой прибор в магнитное поле, Черенков доказал, что свечение и в этом случае действительно вызывается электронами, выбиваемыми гамма-лучами радия из атомов самой жидкости. В следующем опыте он еще раз подтвердил это, получив свечение чистых жидкостей при воздействии бета-лучей, то есть быстрых электронов, выделяющихся при радиоактивном распаде.
Дальнейшее изучение показало, что излучение, открытое Черенковым, не объясняется резким торможением электронов.
Почти три года ушли на проведение тщательных исследований. Увеличив источник гамма-лучей до 794 мг радия, Черенков добился увеличения яркости эффекта и получил фотографии таинственного излучения. Но никакие опыты не могли непосредственно выявить природу свечения, установить его происхождение, объяснить механизм его возникновения. Было совершенно надежно доказано лишь то, что свечение вызывается электронами, летящими внутри чистой, не способной к люминесценции жидкости.
Это был один из тех случаев, когда следующий шаг должна была сделать теория.
УДАРНАЯ СВЕТОВАЯ ВОЛНА
В различных книгах можно встретить фотографические снимки летящих пуль и снарядов. В обе стороны от их лобовой части расходятся две ровные полосы. Это ударные волны — резкие скачки давления, возбуждаемые предметом, летящим быстрее звука. Такие же ударные волны сопровождают современные сверхзвуковые самолеты.
Что же такое ударная волна и как она образуется?
Катер разрезает гладкую поверхность воды, и по обе стороны от него, подобно журавлиному клину, разбегаются две волны. Если бы недалеко один от другого с одинаковыми скоростями шли два катера, можно было бы заметить, что они образуют одинаковые волны. Если же один из катеров шел бы быстрее другого, то образуемые им волны разбегались бы под более острым углом.
Но если скорость катера уменьшается, то угол, под которым разбегаются носовые волны, увеличивается. Когда же его скорость становится меньшей, чем скорость движения волн по поверхности воды, носовые волны исчезают совсем.
Понять механизм образования носовой волны нетрудно. Бросим в воду камень. От места его падения во все стороны побегут круги. Сколько раз ни кидать камни в одно и то же место, ничего похожего на носовую волну не получится. Лишь круглые кольца волн будут одно за другим разбегаться от места падения камней. Но если кидать камни с грузовика, едущего по берегу быстрее, чем бегут волны по поверхности воды, то картина изменится. Круги, образующиеся от падения отдельных камней, будут накладываться один на другой и образуют полное подобие носовой волны. Отдельные круговые волны складываются воедино, образуя две большие волны, разбегающиеся под углом, который зависит от скорости движения грузовика. В остальных направлениях отдельные круги гасят друг друга.
Попросим, чтобы шофер вел грузовик по берегу очень медленно, и повторим опыт. Теперь отдельные круги не смогут пересечься. Они разбегаются таким образом, что круги, образовавшиеся от падения первых камней, всегда остаются снаружи остальных. Так как все волны бегут с одинаковыми скоростями, круги не могут догнать друг друга и наложиться один на другой.
Совершенно так же обстоит дело при движении катера. Разрезая форштевнем воду, катер образует волны. Если катер идет со скоростью большей, чем скорость волн, то в результате сложения возбуждаемых им волн образуются носовые волны. Излучение, открытое Черенковым, не что иное, как «ударная световая волна».
Но для образования ударной звуковой волны самолет или снаряд должны лететь быстрее звука. Значит, для образования «ударной световой волны» электрон тоже должен лететь быстрее света! Но как это может быть? Ведь Эйнштейн еще полвека назад показал, что ни одно тело, ни одна элементарная частица не могут передвигаться со скоростью, превосходящей скорость света в пустоте. Но эта-то последняя оговорка и спасает положение.
Дело в том, что в веществе свет распространяется медленнее, чем в пустоте, а в некоторых веществах даже намного медленнее. Поэтому ничто не препятствует электрону, обладающему достаточной энергией, обогнать световую волну, бегущую в таком веществе. А при этом уже может образоваться «ударная световая волна» — излучение Черенкова. Теорию, объясняющую возникновение черенковского излучения, создали в 1937 году советские ученые академик Тамм и член-корреспондент Академии наук СССР И.М. Франк. Они неопровержимо показали, что Черенков открыл совершенно новый вид светового излучения. Суть теории этого явления можно пересказать так. Электрон, летящий в веществе, сильно взаимодействует с атомами, лежащими на его пути. В результате в веществе возникают световые волны, которые разбегаются во все стороны от летящего электрона. Если электрон летит медленнее света, то световые волны, исходящие от различных участков его пути, гасят друг друга, и мы не видим световых волн, так же как не видим носовую волну у корабля, движущегося с очень малой скоростью. Иное дело, если электрон летит быстрее, чем скорость света в веществе. В этом случае световые волны, излучаемые электроном по мере его продвижения в веществе, складываются, образуя разбегающуюся в виде конуса световую волну. Теория блестяще совпадала со всеми опытами Черенкова, проделанными им за пять лет неустанного труда, и подтвердилась многочисленными исследованиями, которые он провел впоследствии для проверки количественной стороны теории. Исследования Черенкова были столь исчерпывающими, что последующие работы в этой области лишь увеличивали достигнутую точность или были связаны с практическим применением открытого им эффекта.
Еще через два года член-корреспондент АН СССР В. Л. Гинзбург рассмотрел теорию эффекта Черенкова с точки зрения квантовой механики. Он же на основании расчетов предсказал ряд особенностей черенковского излучения при прохождении быстрых электронов через кристаллы, и эти особенности действительно были обнаружены.
ЭЛЕКТРОНЫ НЕ ОДИНОКИ
В послевоенные годы изучение эффекта Черенкова возобновилось. Успеху способствовали два обстоятельства. Во- первых, изобретение и создание ускорителей заряженных частиц, способных создавать гораздо большее количество быстрых частиц, чем их можно было получить от радиоактивных препаратов. Это позволило получать сравнительно яркое черенковское излучение. Во-вторых, создание фотоумножителей — приборов, достаточно чувствительных для регистрации отдельных фотонов. Теперь ученые не сидят часами в темноте. Электронные приборы автоматически ведут подсчет фотонов черенковского излучения, замечая и то, чего не мог бы заметить самый натренированный глаз.
В 1951 году было обнаружено черенковское излучение, вызванное прохождением через дистиллированную воду мюмезонов космических лучей.
В том же году было обнаружено черенковское излучение от пучка быстрых протонов, полученных с помощью ускорителя. Свечение было столь сильным, что его легко можно было фиксировать с помощью фотографической пластинки. Обработка результатов эксперимента привела к блестящему совпадению с теорией Тамма — Франка. Еще через год было обнаружено черенковское излучение, вызванное протонами, входящими в состав космических лучей.
Постепенно черенковское излучение перестало быть только объектом изучения. Оно оказалось изученным настолько, что, в свою очередь, превратилось в инструмент в руках ученых.
Вспомним о волнах, разбегающихся по воде от движущегося катера. Если бы на катере вышли из строя приборы для измерения скорости, капитан смог бы определить его скорость, измеряя угол, под которым расходится носовая волна. Физики, изучавшие черенковское излучение от протонов, полученных с помощью ускорителя, показали, что таким же образом можно очень точно измерять скорость, а значит, и энергию протонов. Тщательно измеряя угол, под которым видно излучение, и свойства среды, в которой оно наблюдалось, они определяли скорость протонов с ошибкой меньше чем 0,1 %. Этим способом может измеряться и скорость других быстрых заряженных частиц.
На основе эффекта Черенкова созданы крайне чувствительные счетчики, позволяющие регистрировать отдельные быстрые частицы. Такие счетчики обладают огромным преимуществом. Они позволяют просто определять направление прихода частиц. Ведь черенковское излучение может наблюдаться только в виде узкого конуса, смотрящего вдоль направления полета частицы.
Черенковские счетчики обладают еще одним важным преимуществом — они не замечают медленных частиц. Ученые называют это пороговым эффектом. Ведь частицы, скорость которых меньше скорости света в веществе, из которого сделан счетчик, не дают в нем черенковского излучения, а значит, счетчик их не считает. Изготовляя счетчики из различных веществ, можно изменять величину пороговой скорости, то есть регистрировать частицы с различной энергией.
Со временем удалось наблюдать черенковское излучение не только в жидкостях и твердых телах, но и в газах. Несмотря на то, что свет распространяется в воздухе лишь немногим медленнее, чем в пустоте, оказалось, что в составе космических лучей имеются частицы, обгоняющие свет в воздухе. Черенковское излучение от этих частиц имеет вид очень острого конуса с углом всего в один градус, что позволяет определить направление прихода космических частиц с недоступной для других методов точностью.
Физики всего мира были недавно взволнованы двумя важными открытиями. На крупнейшем американском ускорителе- бэватроне, дающем частицы с энергией 6,8 млрд. электроновольт, были открыты новые частицы — антипротон и антинейтрон. При открытии обеих новых частиц существенную роль сыграло применение черенковских счетчиков. Черенковские счетчики будут применяться и при исследованиях на крупнейшем в мире ускорителе-синхрофазотроне на 10 млрд. электроновольт, построенном советскими учеными в городе Дубна.
ВТОРАЯ ЖИЗНЬ ОТКРЫТИЯ
Гинзбург, теоретически изучивший еще перед войной черенковское излучение в твердых телах, предложил использовать это излучение для генерации миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн. В 1946 году он, рассматривая различные возможности получения миллиметровых радиоволн, указал, что эффект Черенкова позволяет использовать для этой цели равномерно движущиеся электроны.
При этом Гинзбург развил мысль академика Мандельштама, высказанную им задолго до того, еще при обсуждении докторской диссертации Черенкова.
Мандельштам указал, что для наблюдения эффекта Черенкова не обязательно пропускать электроны через вещество, где они довольно быстро тормозятся встречными атомами. Достаточно, указал он, пропустить пучок быстрых электронов через канал, проделанный в диэлектрике. Важно лишь, чтобы сечение этого канала было меньше, чем длина электромагнитной волны в этом диэлектрике. Эффект может быть получен и в том случае, когда пучок электронов просто пролетает достаточно близко к поверхности диэлектрика.
Электроны при этом летят в пустоте и поэтому, конечно, не могут лететь быстрее света. Но достаточно, чтобы они летели быстрее, чем электромагнитная волна, бегущая внутри диэлектрика. В этом случае волны, возникающие в диэлектрике под воздействием пролетающего электрона, будут складываться в черенковскую волну, которая распространяется внутри диэлектрика, а затем может быть излучена в пространство.
Особенно мощные радиоволны можно получить этим способом, используя не сплошной поток электронов, а предварительно сгруппировав электроны в небольшие сгустки.
Однако это не единственный способ получения радиоволн с помощью эффекта Черенкова. Ведь мы знаем, что для возникновения этого эффекта достаточно уменьшить скорость электромагнитной волны до величин меньших, чем скорость электрона, и излучение начнется.
Оказывается, скорость электромагнитных волн можно уменьшить, не только пропуская их через диэлектрик. Во многих случаях сантиметровые и миллиметровые волны передаются с помощью специальных металлических труб — волноводов. Если внутри такой трубы установить ряд перегородок с отверстиями, то скорость распространения волны по такой трубе сильно уменьшится.
Значит, выбрав подходящие размеры трубы и перегородок, откачав из нее воздух и пропустив через нее пучок быстрых электронов, сгруппированных в сгустки, можно получить таким образом мощное черенковское излучение миллиметровых волн. Оно будет образовываться здесь в результате взаимодействия электронов с отдельными отсеками волновода и сложения образующихся при этом электромагнитных волн.
Так, эффект, открытый советским ученым и казавшийся ранее лишь интересным физическим явлением, постепенно становится на службу человечества.
В ЛАБОРА ТОРИИ И В ЖИЗНИ
Молодые люди, впервые приходящие на лекции профессора Черенкова, обычно не знают, что лекции по экспериментальной физике им будет читать человек, открывший эффект Черенкова. Ведь для молодежи эффект Черенкова так же стар, как и эффект Допплера и многие другие известные людям явления.
Но вот звонок, и в аудиторию входит спортивного вида человек. Лекция его увлекает студентов так, как может увлечь лишь рассказ активного участника интересных событий.
Черенков не ограничивается научной работой, чтением лекций и подготовкой физиков в своих лабораториях. Он активный общественный деятель, пользующийся большим авторитетом и в вопросах, не связанных с физикой.
«Техника молодежи» № 8, 1957 г.
На дно материи
В конце двадцатых годов XX века возникло творческое содружество тогда мало кому известных ученых: Гейзенберга, Шредингера, Бора, де-Бройля, подаривших миру новую физику, физику квантовую, которая стала трамплином для мощного скачка в знаниях человечества. И это произошло в двадцатом веке, когда физика как наука, казалось, полностью сложилась. Известный английский ученый на вопрос одного из молодых своих коллег, чем заняться, ответил, что теоретической физикой заниматься не стоит, эта наука в основном завершена, остались, может быть, один-два неясных вопроса и подчистка некоторых деталей.
Вот эта-то пара неясных вопросов и толкнула ученых на переоценку ценностей, накопленных классической физикой.
Ученые обратили пристальное внимание на кирпичики, из которых сложена система мироздания. Атом материи. Что это такое? Древние считали, что атомы неделимы. Они учили, что теплота и огненность возникают из различий в форме, положениях и порядке атомов; теплота и огненность вызываются наиболее острыми и тонкими из них, а тупыми и толстыми вызываются сырость и холод; первые порождают свет и яркость, вторые — сумрак и темноту.
Демокрит в своем воображении наделял атомы величиной и формой, Эпикур щедро добавлял им тяжесть. А Резерфорд в начале двадцатого века разбил атом на части: полюбуйтесь, атом — это мир, это Вселенная со своими головокружительными, ошеломляющими тайнами! Эти тайны оказались перчаткой, брошенной природой ученым.
Одним из самых молодых физиков, поднявших перчатку, был советский ученый Игорь Тамм. Он начал свой творческий путь в 1919 году как преподаватель Крымского университета. Ему было тогда 23 года. Кто знает, как сложилась бы его судьба, если бы ему не пришлось через два года перейти в Одесский политехнический институт, где в то время преподавал профессор, а впоследствии академик Мандельштам. Эта встреча определила всю дальнейшую деятельность Игоря Евгеньевича. Мандельштам ввел его в сферу самых актуальных задач физики. И вот с 1924 года в научных журналах рядом с работами Гейзенберга, Шредингера, Бора начали регулярно появляться статьи Тамма, относящиеся к самым сложным вопросам теоретической физики.
Первые работы молодого ученого были посвящены пересмотру с точки зрения теории относительности различных сложных разделов физики. Затем он включается в величайшее дело нашего века — в построение нарождающейся в это время квантовой физики.
Тамм попал в число тех, на чью долю выпали счастье и трудности, которые и не снились старшему поколению физиков. Они должны были разрешить то, что не смог бы разрешить ни один из их гениальных предшественников — ни Аристотель, ни Галилей, ни Ньютон, которые писали целые поэмы в формулах и уравнениях о течениях жидкостей, о работе механизмов, о движении планет.
Все вокруг было зримо, осязаемо, материально. Атом же жил по неведомым еще людям законам. И эти законы нужно было установить. И новая физика разоблачила тайны атома. Многое прояснилось и в таких с древности, казалось бы, знакомых явлениях природы, как свет, магнетизм, электричество.
В 1929 году выходит первый том уникального учебника Тамма «Основы теории электричества», выдержавшего десятки изданий и распространившегося по всему миру в качестве одного из авторитетнейших полпредов советской науки. В этом же году он разработал сложный вопрос о связи теории относительности и квантовой механики, устанавливая мост между этими двумя китами, на которых зиждется современная физика.
Уже в следующем году Игорь Евгеньевич закончил квантовую теорию рассеяния света в кристаллах. В этой работе он отважился на беспримерную дерзость, он стал квантовать звук так же, как в свое время Эйнштейн квантовал свет.
Вслед за этим Игорь Евгеньевич прокладывает новый путь в теории, проделав первый расчет, в котором объединена квантовая электродинамика и теория относительности. При этом он узаконил понятия античастицы и «отрицательной энергии», не поддававшиеся в то время (до открытия позитрона, первого представителя антимира) физической интерпретации. Он не остановился на этом и высчитал (одновременно с Дираком и Оппенгеймером) вероятность аннигиляции электрона с позитроном — удивительного и непонятного тогда процесса, во время которого электрон исчезает, порождая квант электромагнитной энергии.
Следующие годы Игорь Евгеньевич отдал главным образом квантовой теории металлов. Здесь он, помимо прочего, открыл «уровни Тамма», попав на которые электрон остается на поверхности металла, не имея возможности ни выйти наружу, ни войти во внутрь.
Эти труды позволили ученому перебросить мостки между самыми отдаленными друг от друга областями физики.
Новая физика раскрывала одну тайну атома за другой, и постепенно вырисовывался силуэт причудливого, но уже во многом понятного микромира. Однако, углубляясь в мир атома, ученые снова приближались к тупику. Они уже твердо знали, что атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов, могли с помощью простых и сложных формул описать жизнь этих электронов, но об атомном ядре они ничего не знали. Здесь их ждал орешек потверже, чем тот, что разгрызла квантовая физика.
Если раньше ученые верили, что атом неделим, то потом они предположили, что неделимо ядро атома. Но затем и это оказалось заблуждением. И вот мы являемся свидетелями споров о том, существуют ли вообще в природе элементарные частицы и каковы они. Вопрос о том, какие силы действуют в ядре, стал злобой дня, но всесильная в те времена теория относительности и квантовая физика ответить на него не могли.
Уже в работах тридцатых годов Тамм выдвинул идею о том, что ядерные частицы удерживаются внутри ядра, несмотря на огромные силы взаимного электрического отталкивания, за счет особых ядерных сил.
Он предположил, что совершенно необычные свойства этих сил, проявляющихся только на очень малых расстояниях, обусловлены тем, что они вызваны дотоле неизвестным процессом — обменом частицами.
Для того чтобы представить себе, как это происходит, говорил Тамм, следует вообразить, что каждый протон и нейтрон непрерывно излучает и поглощает электроны и нейтрино. Если же они находятся очень близко друг от друга, то их электронно- нейтринные облака перекрываются, что и приводит к взаимному притяжению двух протонов, перевешивающему даже взаимное отталкивание их зарядов.
Однако расчеты, проведенные Таммом, показали, что силы, возникающие при обмене электронами и нейтрино, недостаточны для объяснения устойчивых ядер. Это можно было бы считать неудачей, если бы японский физик-теоретик Юкава не показал правильности основной идеи Тамма и не доказал, что ядерные силы могут быть следствием обмена частицами, примерно в двести — триста раз более тяжелыми, чем электроны. Юкава назвал эти частицы мезонами, и они со временем были обнаружены при экспериментах.
В это же время Игорь Евгеньевич совместно с одним из своих учеников на основе анализа известных опытных данных пришел к парадоксальному с точки зрения тех лет заключению о том, что нейтральная тяжелая частица — нейтрон — должна обладать свойствами небольшого магнитика. Он даже рассчитал величину и знак этого магнетизма, впоследствии полностью подтвержденные экспериментаторами. В изучении свойств частиц это было важной деталью.
Примерно к этому времени (1937–1939 годы) относится одна из наиболее важных работ Игоря Евгеньевича, выполненная им совместно с И. М. Франком. Это теория черенковского излучения, возникающего, когда электрон движется в каком- нибудь веществе быстрее, чем в нем распространяется свет. Странное, казалось бы, ничем не вызванное свечение веществ долго оставалось таинственным, пока Тамм не дал ему объяснения. За открытие И. Тамм, И. Франк и П. Черенков были награждены Нобелевской премией.
Шли годы. Одна работа сменяла другую, и многие из них были продиктованы временем.
В период Отечественной войны и после нее Тамм сочетал сложные теоретические исследования с решением важнейших задач, связанных главным образом с потребностями народного хозяйства.
После войны Игорь Евгеньевич возобновил исследования ядерных сил. В первой работе нового цикла он создал метод, который нашел применение в сотнях работ, посвященных ядерным силам и теории элементарных частиц. Этот цикл, успешно развиваемый Игорем Евгеньевичем и его учениками в течение двадцати лет, выдвинул его на одно из первых мест в современной теоретической физике.
По-разному сложились судьбы ученых, начавших свою творческую жизнь в двадцатые годы, в канун рождения новой физики. Гейзенберг мечтает создать новую теорию элементарных частиц, квантуя расстояния, как квантуют время. Де-Бройль лелеет надежду, что все-таки в микромире не так все парадоксально, как кажется, что там все привычнее, обыденнее и больше похоже на порядки, царящие в большом мире.
Тамм же убежден, что «безумность» микромира еще глубже, еще принципиальнее. Он часто приводит критерий, которым пользовался Бор для оценки мощи новой теории: а достаточно ли она дерзка, «безумна», не слишком ли «приземлена», чтобы быть правильной, чтобы оказаться способной вырвать физику из тупика сомнений? Достаточно ли далеко искал ученый, не слишком ли близок район его «раскопок» от уже разрытых другими учеными курганов?
Неизвестно, прячется ли тайна элементарных частиц где-то далеко, за пределами района современных поисков… Или она подстерегает ученых где-то рядом, близ «ущелья», где они роют уже много лет…
Кто будет первым в этом удивительном кроссе? Один ли из корифеев, участвовавших в штурме атома и создавших квантовую физику, или это будет кто-то из молодых, для которых взгляды учителей уже кажутся консервативными? Несомненно, школа советских физиков, возглавляемых академиком И. Таммом, способна подарить миру еще не одно открытие.
«Экономическая газета», август 1966
Вблизи абсолютного нуля
Математический институт имени Стеклова Академии наук СССР. Небольшое уютное здание, узкие коридоры, тишина. За дверьми рабочих кабинетов — ряды столов и классные доски. Многие из комнат пусты: математики в основном работают дома, а затем собираются, чтобы обсудить результаты. Вот и сегодня такой «сбор» в отделе теоретической физики, которым руководит академик Николай Николаевич Боголюбов.
Пока идет совещание, один из учеников академика, кандидат математических наук В. В. Толмачев, рассказывает…
…Незадолго до первой мировой войны, вскоре после того, как ожижили последний из благородных газов — гелий, было открыто замечательное явление сверхпроводимости. До этого считалось твердо установленным, что все вещества оказывают сопротивление проходящему через них электрическому току — одни меньше, другие больше. В результате существенная часть электрической энергии, вырабатываемой электростанциями всего мира, тратится на преодоление сопротивления проводов, вызывает их нагревание и безвозвратно рассеивается в пространстве.
Каково же было удивление голландского ученого Г. Каммерлинг-Оннеса, когда он, охладив ртуть с помощью жидкого гелия до температуры, близкой к абсолютному нулю, не обнаружил в ней никакого сопротивления электрическому току! Такое состояние металлов ученые назвали состоянием сверхпроводимости. В настоящее время известны 23 чистых металла и большое количество сплавов, обладающих сверхпроводимостью при очень низких температурах, приближающихся к — 273 градусам Цельсия. Если сделать кольцо из какого-либо сверхпроводящего металла, то ток, возбужденный в нем, будет продолжать течь сколь угодно долго, не испытывая потерь. Это явление, своей загадочностью увлекшее ученых, до недавнего времени было необъяснимо.
И вот благодаря работе академика Н. Н. Боголюбова тайна сверхпроводимости перестала существовать. Толмачев показывает толстую рукопись. На ней написано:
«Объединенный институт ядерных исследований. Математический институт АН СССР имени Стеклова. Н. Н. Боголюбов, В. В. Толмачев,
Д. В. Ширков. Новый метод в теории сверхпроводимости. Январь 1958 года».
— Над этой проблемой трудились не только мы, — вступает в беседу только что вошедший в комнату Николай Николаевич Боголюбов — Большой вклад в нее внесли английский ученый Фрёлих, американские ученые Бардин, Купер, Шриффер, австралийцы Шаффрот, Батлер и Блатт. Нас же подхлестнула одна заманчивая идея… Это было летом прошлого года, когда царило отпускное настроение. Дискуссия наша протекала довольно бурно, ведь у физиков-теоретиков, как известно, никогда ни по какому вопросу не бывает единого мнения. И тут мы внезапно переключились на самый жесткий рабочий режим из-за неожиданно мелькнувшей мысли…
…Слышали ли вы о явлении сверхтекучести, не менее загадочном и интересном, чем сверхпроводимость? Его впервые наблюдал в 1938 году академик П. J1. Капица. Жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю, вдруг полностью терял свою вязкость и без всякого сопротивления начинал проходить сквозь самые узкие щели…
Долго ученым не удавалось разобраться в причинах такого явления. В 1947 году академик Боголюбов и коллектив его учеников блестяще решили эту проблему математическим путем.
Но ведь и явление сверхпроводимости тоже заключается в том, что электрический ток без сопротивления проходит через металл! Вот ученые и решили использовать для анализа сверхпроводимости математический аппарат, созданный для объяснения сверхтекучести. Результаты подтвердили: идея была правильной. Оказалось, что между этими явлениями существует глубокое внутреннее сходство. Что же происходит в металле, когда он перестает «сопротивляться» электрическому току?
Все, конечно, замечали, как вода просачивается сквозь песок. Так и электрический ток, представляющий собой движение электронов, просачивается между атомами металла. Электроны тормозятся атомами, которые сами находятся в непрестанном тепловом движении, колеблются. На эти столкновения и уходит энергия электронов, полученная ими от электрической батареи. Атомы металла, получив дополнительную энергию, «раскачиваются» еще больше и мешают продвижению электрического тока. Но если металл охлаждать, то тепловые колебания атомов становятся меньше, и они меньше «мешают» электрическому току. При очень низкой температуре, почти равной абсолютному нулю, когда тепловые колебания атомов крайне ослаблены, электроны тоже начинают вести себя несколько иначе. Они все сильнее связываются между собой и в некоторых металлах вблизи абсолютного нуля образуют «электронную сверхтекучую жидкость», свободно протекающую внутри металла без всякого сопротивления. Наступает состояние сверхпроводимости…
Если металл снова нагреть, атомы начнут колебаться сильнее и снова разобьют «сверхтекучую жидкость» на отдельные электроны, которые в одиночку будут затрачивать большую энергию, чтобы пробираться в металле.
Конечно, картина, которую мы нарисовали, не может отобразить все детали сложного явления сверхпроводимости. Но математическая теория, созданная советскими учеными под руководством академика Боголюбова, по общему признанию, объясняет весь сложный и интересный механизм этого явления.
— Многих интересует вопрос, каково практическое значение сверхпроводимости. Конечно, мы пока еще далеки от внедрения этого явления в промышленность и технику. Но не в таком ли положении была наука об атомном ядре в первые годы после открытия радиоактивности? — спрашивает академик Боголюбов.
— Представьте себе, что ученые, опираясь на достижения науки сегодняшнего дня, сумеют получить сверхпроводящее состояние металлов при обычных температурах, а не только вблизи абсолютного нуля. Какой это произведет переворот в электротехнике! Вся колоссальная мощность ГЭС сможет быть передана по тонким телефонным проводам. А теория сверхпроводимости создает предпосылки для расчета состава сверхпроводящих сплавов. Она поможет также пересмотреть теорию металлов в свете новых достижений физики и математики. Она, возможно, даст ключ для создания теории атомного ядра. Кто знает, может быть, и материя, из которой состоят ядра атомов вещества, тоже сверхтекуча? Как раз над этим вопросом сейчас и работает наш коллектив.
«Огонёк» № 19, 1958 г.
Радиодвойник луны
КОКТЕЙЛЬ ИЛИ ГОЛОВКА СЫРА?
Четыреста лет назад французский писатель Рабле шутя говорил, что многие принимают Луну за головку зеленого сыра. Как это ни удивительно, но даже в наши дни о Луне возникают самые странные предположения. Пожалуй, ни об одном небесном теле не спорят так много, ни об одном не складывалось столько противоречивых мнений, сколько о нашем древнем, остывшем спутнике.
Американский исследователь Гордон Макдональд, наблюдая за движением Луны и сделав вывод, что плотность ее наполовину меньше земной, недавно высказывал мысль о том, что она… полая.
А Томас Гоулд из Корнельского университета объяснил низкую плотность Луны тем, что ее недра содержат большое количество льда и воды. По его мнению, Луна — это «коктейль с замороженными фруктами». Есть исследователи, которые всерьез утверждают, что Луна — гигантская «булка», начиненная, правда, не изюмом, а металлическими и каменными метеорами, В общем, целый набор гастрономических сравнений.
Доктор Уильям Пикеринг, пять лет — с 1919 по 1924 год — наблюдавший Луну с Ямайки, уверял, что пятна, перемещающиеся по дну кратеров, — это полчища насекомых, питающихся лунной растительностью.
По сей день существует множество подобных «теорий». Впрочем, возникновение их в какой-то степени объяснимо. Ведь почти все, что ученые знают о Луне, рассказал им свет, а это отраженный солнечный свет, и лишь в последнее время кое-что добавили ее собственные инфракрасные лучи. Но и те и другие не могут ничего сказать о внутреннем строении Луны.
Даже рассмотреть Луну хорошенько астрономам пока не удается. Через самые сильные телескопы видны объекты размером не менее сотен метров. Вот почему лунный пейзаж знаком людям лишь в общих чертах. Подробности каждый представляет себе по-своему. Одни из исследователей доказывают, что Луна покрыта хрупким веществом, напоминающим застывшую пену. Они предупреждают, что если человек ступит на нее, то может глубоко провалиться. Доктор Дольфюс из Парижской обсерватории считает, что Луна одета порошком, похожим на вулканический пепел.
Может быть, и вправду на Луне есть действующие вулканы? О такой возможности говорят наблюдения советского астронома Н. Козырева, который несколько раз видел свечение газов, выделявшихся в кратере Альфонс. Именно в этом кратере и ранее происходили странные изменения цвета. Некоторые астрономы пытались объяснить это развитием растительности в течение двухнедельного лунного «дня».
Сравнивая степени яркости различных частей Луны, советский астроном академик В. Фесенков пришел к выводу, что Луна изрезана глубокими трещинами с вертикальными стенками и острыми краями. Но доктор Джон Ивэнс из Линкольнской лаборатории оспаривает это и уверяет, что Луна ровная и гладкая, лишь десятая часть ее поверхности покрыта валунами, но они остаются незамеченными просто потому, что слишком малы.
Бытует и такое мнение: темные участки Луны, которые называются морями, действительно моря, но наполненные не водой, а пылью, в которой (осторожно!) может навеки утонуть космический корабль.
Поистине трудно разобраться в этой разноголосице мнений.
Литератор может позволить себе выбрать лунный пейзаж по своему вкусу. Он может одеть Луну в гранит или пепел, зажечь потухшие вулканы, окутать атмосферой и даже населить ее. Но ученым нужны факты. Только факты.
Казалось, споры может разрешить лишь сама Луна, когда на ней высадится первый человек. Но многие сомнения разрешились гораздо раньше. Новую лазейку на Луну открыли радиоволны.
К началу исследования радиоизлучения Луны астрономы располагали одной вполне надежной характеристикой Луны — температурой ее поверхности. Ее измерили еще в тридцатых годах астрофизики Петит и Никольсон методом простым, остроумным и настолько точным, что до сих пор никто не смог превысить эту точность. Основываясь на показаниях инфракрасных лучей, ученые установили поразительную вещь. Раскаленная в лунный полдень до + 120 °C поверхность нашего спутника лунной ночью скована морозом в — 150 °C. Колебания температуры Луны неслыханны: двести семьдесят градусов! Ничего подобного на Земле никто никогда не наблюдал.
В 1939 году Петит повторил свои исследования, но уже во время лунного затмения, когда Земля полностью закрыла от Луны Солнце. Оказалось, что за один час температура Луны упала с +120 °C до — 100 °C.
Поэтому, когда радиоастрономы Пиддингтон и Миннет в 1949 году впервые направили свои приборы на Луну, они ожидали обнаружить не меньшее изменение ее «радиояркости». И что же показали приборы? При смене лунного дня лунной ночью радиоизлучение почти не изменилось…
Выходило, если верить радиоастрономам, температура Луны почти не меняется! Это изрядно взволновало ученых: как объяснить различие в показаниях инфракрасных и радиолучей, как увязать столь противоречивые данные?
Напрашивался единственно правильный вывод: радиоволны излучает не сама поверхность Луны, температура которой подвержена сильным колебаниям, а более глубокий слой почвы, в котором сохраняется постоянная температура. Мысль эту подкрепляло и то всем знакомое обстоятельство, что на Земле зиму и лето фактически «чувствует» лишь поверхностный слой, а на глубине в несколько метров температура меняется мало.
Но как только был разрешен первый вопрос, возник следующий: из чего же состоит поверхностный слой Луны, который, как шубой, укрывает ее недра от резких колебаний температуры?
Академик Фесенков подсчитал, что теплопроводность лунной почвы должна быть почти в тысячу раз меньше, чем у земных пород. Такой материал — давняя мечта строителей, теплотехников и специалистов холодильного дела. Но ничего подобного на Земле нет. И ученые справедливо усомнились в том, что такая идеальная теплоизоляция может существовать в природе, даже на Луне. Вряд ли возможно такое огромное отличие между лунными и земными породами.
Но вскоре удалось нащупать возможную причину такой разницы. Сравнивая земные и лунные породы, скептики не учитывали того обстоятельства, что вещество на Луне находится фактически почти в полной пустоте, в вакууме. Очутись земные породы на Луне, их поры оказались бы пустыми, и они резко снизили бы свою теплопроводность. Правда, опыт показал, что теплопроводность земных пород и в безвоздушном пространстве остается в сотню раз большей, чем теплопроводность лунных.
Какой же земной материал, гадали ученые, может соперничать с лунным? Пожалуй, только пыль. Соприкасаясь одна с другой в немногих точках, пылинки плохо передают друг другу тепло. Если же откачать из промежутков между пылинками воздух, то передача тепла через слой пыли станет ничтожной.
Пыль в качестве поверхностного слоя Луны «устраивала» и сторонников метеорной гипотезы, которая утверждает, что лунный покров создан постоянной бомбардировкой миллиардами крупных и мельчайших метеоритов. Они падают на Луну со скоростью в несколько десятков раз большей, чем скорость пули или снаряда. Сторонники этой гипотезы утверждают, между прочим, что та же участь постигла бы и Землю, если бы она не была надежно укутана своей атмосферой. Пыль удовлетворяла и приверженцев вулканической точки зрения. По их мнению, прошлая бурная деятельность лунных вулканов могла породить достаточное количество пыли и похожего на нее пепла. На Луне нет воды, которая смыла бы эти наносы. Нет ветра, который бы их развеял. Со временем пыль и пепел могли покрыть всю поверхность нашего спутника.
ЧЕРНАЯ ЛУНА
Но это были лишь домыслы. Вполне научные, подкрепленные расчетами и земным опытом, но все же домыслы, претендующие на ранг гипотез. Убедить в их истинности могли лишь объективные измерения. Наши радиоастрономы решили «прощупать» Луну вглубь и точно измерить температурные режимы в различных слоях лунной почвы. В этом они видели ключ к опознанию лунного вещества.
Задача казалась не из сложных. Надо было измерить радиоизлучение от Луны на различных волнах — короткие волны испускаются верхним слоем почвы, более длинные идут из глубины (Пиддингтон и Миннет ловили радиоволны лишь одной длины—1,25 см).
Под Горьким, на обрывистом берегу Волги, в местечке Зимёнки, под руководством В. С. Троицкого, одного из ведущих советских радиоастрономов, с 1953 года началось строительство радиотелескопов, рассчитанных на различные длины радиоволн. В Москве, в Физическом институте имени Лебедева АН СССР, под руководством А. Е. Саломоновича строился огромный радиотелескоп для приема радиоволны длиной 0,8 см. Один из «миллиметровых» радиотелескопов начал работать в 1959 году одновременно с подобным, построенным в США.
Работы велись быстро и энергично. Но первые же полученные материалы своей разноречивостью поставили радиоастрономов в тупик. Одни наблюдения подтверждали, что у Луны есть «шуба», другие начисто отвергали это. Был разнобой и в определении температуры поверхностных слоев.
Исследователи снова и снова повторяли замеры, проверяли работу аппаратуры. И в конце концов пришли к единодушному мнению: причина недоразумений в слишком больших погрешностях измерений. Да и как им не быть? В зеркало радиотелескопов попадает не только радиоизлучение Луны, но и так называемый космический фон — радиоволны, приходящие из глубин Вселенной, а также радиоволны, излучаемые поверхностью Земли. И это паразитное радиоизлучение добавлялось к слабым радиоволнам, приходящим от Луны, и отделить их казалось невозможным.
— Выделить излучение Луны на фоне внешних помех и внутренних шумов аппаратуры так же трудно, как расслышать шелест отдаленного дерева сквозь шум леса при сильном ветре. — Так обрисовал трудность задачи Троицкий. — Поэтому ошибки измерений достигали 20 процентов. Мы же могли себе позволить ошибиться лишь на один-два процента. Не больше.
И вот после десяти лет трудной, хлопотной, кропотливой «работы с Луной» горьковские радиоастрономы отважились на «отчаянное» средство. Они решили создать на Земле рядом с телескопом искусственную Луну, которая помогла бы корректировать измерения радиоизлучения, принимаемого от естественной Луны.
…Возле Судака, в Крыму, на высокой скале, стоящей на самом берегу моря, с давних времен сохранились причудливые развалины старинных укреплений. Стены, сложенные из больших каменных глыб, узкие проходы, крутые лесенки — это остатки Генуэзской крепости. Когда-то ее воздвигли генуэзцы, приплывшие к крымским берегам из Италии.
Летом 1962 года на горе возле развалин остановилось несколько грузовиков. Группа людей выгрузила кучу громоздких ящиков и осторожно стала подниматься к самой высокой башне. Вскоре над башней был водружен черный пятиметровый диск — искусственная Луна № 1. Предназначалась она для измерения радиоизлучения на волнах в 1,6 см и 3,2 см. Ближе к морю на расстоянии 200 метров от радиотелескопа была установлена искусственная Луна № 2, предназначенная для работы на волне 10 см.
Закончив установку аппаратуры, ученые приступили к наблюдениям. Сначала радиотелескоп поворачивался в сторону искусственной Луны. Когда в поле его зрения попадал черный диск, радиотелескоп впитывал идущее от него радиоизлучение и посылал сигнал в приемник. Перо самописца тотчас записывало этот сигнал. После этого зеркало радиотелескопа направлялось на настоящую Луну. Самописец записывал сигнал Ц. от нее. Затем вся процедура повторялась. Много раз в день. Каждый день в течение месяца, а потом второй и третий месяц.
УРАВНЕНИЕ СО МНОГИМИ НЕИЗВЕСТНЫМИ
Вы спросите: в чем смысл этой процедуры? А в том, что она помогает решить своего рода уравнение с двумя неизвестными, где X — радиоизлучение Луны, а У — космический и «земной» фон радиоизлучений. Сигнал от искусственной Луны известен, а главное, известно, что помехи при приеме сигналов искусственной и естественной Луны почти одинаковы. Сравнивая оба сигнала, можно точно учесть эти помехи и таким путем надежно определить собственное радиоизлучение Луны.
Однако прошло немало времени, прежде чем так просто объясняемый метод принес результаты. Было опробовано несколько искусственных лун. Это были и просто куски листового алюминия или железа размером в 30–40 метров, выложенные на склоне оврага в Зимёнках. Это были черные диски, сделанные из специальных материалов и поднятые на шестах или вышках.
Месяцами горьковчане крутили свои антенны между искусственной и естественной лунами, и все получалось не то, что нужно.
Тщательный анализ показал, что металлический двойник Луны не пригоден. Наряду с собственным известным излучением он, как зеркало, отражает в антенну радиотелескопа радиоизлучение, исходящее от поверхности Земли. Поэтому результаты измерений сильно зависели от положения этого «зеркала», от того, какой участок Земли отражался от него в антенну радиотелескопа. От металлической Луны пришлось отказаться. Но и черная Луна тоже не обеспечивала однозначных результатов.
Долгое время задача казалась неразрешимой. Лишь после сопоставления большого числа наблюдений удалось установить, что причина кроется в диффракции — в огибании радиоволнами края искусственной Луны. Первоначально исследователи полагали, что в антенну попадает только та часть космического фона, которая минует черный диск. Они не учитывали, что космическое и земное радиоизлучение частично огибают диск и тоже попадают в антенну. Точно так же морская волна, «разрезанная» торчащей сваей, миновав ее, снова смыкается и бежит дальше, почти не изменившись.
Так ученые столкнулись с непредвиденным осложнением. Вначале, когда только был задуман опыт с двойником Луны, они считали, что им предстоит решить простое уравнение лишь с двумя неизвестными. А оказалось, У скрывал в себе сразу несколько неизвестных величин. Как же выйти из положения?
Для выяснения влияния диффракции, для определения той доли, которую она вносит в общее радиоизлучение, горьковчане придумали остроумный способ. Они решили заменить диск отверстием в большой черной плоскости.
Дело в том, что, хотя непрозрачный диск и отверстие в непрозрачной стенке являются столь же противоположными и дополняющими друг друга, как плюс и минус, они в одном отношении оказываются тождественными. Оптики еще в прошлом веке убедились, что электромагнитные волны одинаково огибают и край диска и край отверстия. Так же одинаково огибают их и радиоволны, идущие из космоса или от земной поверхности.
И вот тут-то крылась возможность решить новое уравнение с двумя неизвестными. Сравнивая радиоизлучение от диска, от сплошной плоскости и от отверстия в ней, зная величины радиоизлучения от диска и плоскости с дырой, можно было узнать наконец долю космического фона вместе с диффракцией и земным фоном. Опыт намечался сложный, но зато появилась возможность определить все неизвестные части.
Для выполнения нового опыта нужно было сделать непрозрачную стенку достаточно большой, чтобы радиоволны, огибающие ее внешние края, не попадали в антенну радиотелескопа.
Схема эксперимента была намечена. Ученые наконец могли приступить к сложному опыту, состоящему из ряда измерений.
Радиотелескоп направлялся на искусственную Луну, и делался первый отсчет. Затем черный диск убирался, и делался второй отсчет. После этого на то же место устанавливалась черная стенка с отверстием, равным диску, и делался третий отсчет. Затем черный диск закрывал отверстие, и делался четвертый отсчет. (Из четвертого опыта ученые узнавали величину земного фона. Из первого опыта — величину диффракции. Из второго — космического фона. Третий опыт был, по существу, контрольным).
Итак, сравнивая все четыре отсчета, удалось учесть все существенные помехи. Для контроля вся процедура была повторена, причем искусственная Луна и вспомогательная черная стенка переносились в различные места с тем, чтобы помехи от Земли заметно изменились. При этом, сравнивая сигнал от черного диска, от отверстия в черной поверхности и от сплошной черной поверхности с сигналом от Луны и от участков неба, близких к Луне, но удаленных от нее настолько, что лунное излучение не попадало в антенну, когда она направлена на эти участки, радиоастрономы смогли точно учесть мешающее действие Земли и космического фона.
Так постепенно были откалиброваны искусственные луны и стало возможно применять их для измерений радиоизлучения от настоящей Луны.
ЛУНУ НАДО ПОДОГРЕТЬ
Конечно, все могло бы быть проще, если бы… двойник удалось расположить на одной линии с Луной. Тогда все измерения свелись бы к следующему: меряется радиоизлучение от Луны (диск при этом убирается). А потом диск снова возвращается на место, и меряется его радиоизлучение. В этом случае все помехи были бы идентичны и задача действительно свелась бы к уравнению с двумя неизвестными. Но… во-первых, теория не позволяет расположить диск близко к антенне. А связать его с ней жестко при расстоянии между ними в сотни метров да еще вращать вместе с антенной, чтобы следить за Луной и следовать за ней по всему небосводу, — конечно, задача нереальная. Поэтому искусственную Луну приходится держать на одном месте, но измерения вести месяцами, чтобы вычислить средние величины помех. Кроме того, даже если бы искусственную и естественную луны удалось выдерживать на одной линии, диффракция космического радиоизлучения на краю диска все равно внесла бы излишнюю погрешность.
Горьковчане, правда, наметили выход из положения, который избавил бы их от канители с дыркой и плоскостью. Они надумали подогревать искусственную Луну. Тогда измерения сильно упростились бы. Мерилось бы радиоизлучение от диска холодного, потом нагретого. Помехи — земные и космические — при этом были бы одинаковые, а радиоизлучение от холодной и нагретой «Луны» известно. Так без особых хлопот можно было бы узнать величину паразитного радиоизлучения.
Но простота и тут только кажущаяся. Диск надо разогревать равномерно по всей поверхности. А как это осуществить? Вмонтировать электрические спиральки по всему телу диска? Вряд ли это даст равномерный нагрев. В общем, проблема разогрева искусственной Луны не решена. Опыт не поставлен. Возможно, мы узнаем о нем в скором времени.
А пока ученые подготовились к многократным операциям с диском, дыркой и сплошной стенкой.
Основные измерения начались. И снова неприятность. Оказалось, что работе на миллиметровых волнах очень мешает земная атмосфера. Слабое радиоизлучение Луны поглощается в парах воды, и выделить с нужной точностью остаток его на фоне помех не удается. Пришлось везти радиотелескопы на склоны Эльбруса. Там на высоте 3200 метров нашлась удобная площадка. Но выяснилось, что и эта высота недостаточна. Горьковчане отправились на Памир, где воздух суше, чем в Сахаре. И здесь, на высоте 4200 метров, радиоастрономам наконец удалось провести наблюдения.
И вот настало время делать выводы из этой серии необычных экспериментов.
Замерив с большой точностью величину радиоизлучения, испускаемого различными слоями лунной поверхности, ученые определили многие характеристики лунного вещества — его плотность, теплопроводность, электропроводимость — и даже смогли оценить его минералогический состав и структуру. Теперь стало ясно, что никакой «шубы», покрывающей Луну, не существует. Поверхностный слой нашего спутника довольно однороден и на глубине полутора метров сохраняет свои свойства неизменными. Расчеты показали, что плотность верхних слоев лунной породы почти в два раза меньше плотности воды. Следовательно, это не может быть обычная пыль, а тем более гранит или гнейс.
И в определении теплопроводности лунного вещества ученые раньше ошибались. По новым расчетам, она в 50 раз больше той удивительно низкой величины, которая была подсчитана ранее (правда, она все равно в 30–40 раз ниже, чем теплопроводность любой из земных пород), и совсем не совпадает с теплопроводностью пыли в пустоте.
По мнению горьковских радиоастрономов, поверхность Луны должна быть более всего похожей на пемзу или пенобетон. Это твердое, но очень пористое вещество с тонкими, но крепкими перегородками. Прочность пористой лунной почвы настолько велика, что ее свойства не изменяются вплоть до глубины в 20 метров. Недавно в нашей стране было получено нечто подобное. Расплавляя вулканическую породу и смешивая ее со специальными добавками, которые вызывают бурное выделение газов, инженеры создали новый строительный материал. В застывшем виде это очень легкая и прочная масса, прекрасный теплоизолятор. Если же выкачать газы, заполняющие его поры, то его теплопроводность, еще более уменьшившись, приблизится к теплопроводности лунной почвы.
— Если немного пофантазировать, опираясь на факты, — говорит Всеволод Сергеевич Троицкий, — то поверхность Луны можно представить себе похожей на унылую пустыню. Представьте застывшее море при обычном волнении в 1,5–2 балла. Так, если судить по сходству отражения радиоволн от морской и лунной поверхности, выглядит шероховатая лунная почва. Возможно, однообразный пейзаж кое-где у подножий гор и возле кратеров разнообразится нагромождением камней и обломков, похожих на известный каменный «хаос» у входа в Алупкинский парк.
— В общем, будущие космонавты не утонут в океане пыли, — добавляет он, — опорой им будет слегка хрустящая, но твердая порода.
Так ученые узнали у радиоволн о внешнем виде лунной поверхности и физических свойствах покрывающего ее вещества. Но для того, чтобы ответить на вопрос: «А что собой представляет лунный камень, какова его природа?» — надо знать его химический состав. А как его определить с Земли?
ЛУНИТ
По этому вопросу у ученых сейчас «в ходу» несколько точек зрения. И одна из них — определение химических свойств лунной породы путем изучения ее оптических свойств и сравнения их с оптическими свойствами земных пород. Серьезные работы в этой области ведутся в Харькове под руководством Н. П. Барабашова и в Ленинграде В. В. Шароновым и Н. Н. Сытинской.
У горьковских ученых свой подход к решению проблемы. Они считают, что оптический метод в данном случае ненадежен. Если верить ему, то пески разного цвета, белая и черная пемза, обладающие различной отражающей способностью, не одинаковы по своему химическому составу, а совершенно различны. Это, конечно, неверно. Их состав в основном одинаков, а окраска целиком зависит от ничтожных примесей, не влияющих на другие свойства.
Сравнивать земные и лунные породы по теплопроводности? Нет. Тоже ненадежно. Хоть радиоастрономы и научились мерить теплопроводность лунных пород очень точно, но она зависит не только от химического состава, а главным образом от структуры, от степени пористости.
По плотности? Она тоже ничего не скажет по тем же причинам.
Так существует ли вообще какая-нибудь зацепка для опознания химического состава лунного вещества? Троицкий считает, что такой зацепкой может быть сравнение степени затухания радиоволны при прохождении ее через земное и лунное вещество. Верным критерием считается даже и не само затухание, не потери энергии радиоволны, а особое число, характеризующее эти потери, — «угол потерь». Его величину в лунной породе горьковчане определили из наблюдений радиоизлучения Луны. Для того, чтобы определить, какая из земных пород обладает этой же характеристикой, пришлось перебрать и исследовать тысячи образцов. Из карьеров и музеев Армении были собраны самые различные минералы, каменные метеориты, тектиты. Их сопоставляли, сравнивали, исследовали радиоволнами различной длины.
После двух лет работы горьковчане окончательно убедились, что лунное вещество по своему химическому составу не похоже ни на туф, ни на шлак. Ближе всего оно к… граниту, диориту, липариту, габбро, нефелиновому селениту.
— Сейчас, — говорит Троицкий, — можно уже достаточно определенно сказать, что верхняя порода Луны содержит 60–65 % окиси кремния (минерал кварц), 15–20 % окиси алюминия (минерал корунд). Остальные 20 % составлены из окислов калия, натрия, кальция, железа и магния. То есть лунные породы имеют тот же химический состав, что и земные. Но в силу лунных особенностей — отсутствия воды и воздуха, под воздействием резких колебаний температуры — эти породы находятся в необычном для Земли пористом состоянии.
Особенно интересно, что все наблюдения свидетельствуют о том, что в среднем свойства вещества на всей поверхности Луны, и на ее «морях» и на материках, почти одинаковы. Теперь можно твердо сказать, что морей пыли на Луне не существует.
Так радиоастрономы опознали лунное вещество. Опознали «дистанционно», на огромном расстоянии от Земли, словно у себя за лабораторным столом!
Горьковчане много спорили и о свойствах лунного вещества и о том, как назвать его. Ведь судьба его похожа на судьбу вещества солнечного — гелия. Обнаружив гелий впервые на Солнце, люди дали ему имя «солнечный», не подозревая, что он равноправный житель Земли. Лунное вещество по своим физическим свойствам — продукт истинно лунный, и его имя, конечно, должно отражать его сугубо лунную сущность. Горьковчане устроили настоящий конкурс, чтобы дать имя своему детищу. Победило нежное «лунит». Так горьковские физики и назвали лунное вещество.
Но на этом работы по исследованию Луны не прекратились. Радиоастрономы решили продолжать зондировать Луну вглубь, исследовать излучение еще более глубоких слоев почвы. Сравнив показания радиотелескопов, принимавших радиоизлучение на различных длинах волн, они пришли к поразительному выводу: недра Луны горячие! Горячие, как и недра нашей Земли!
Да и какой другой вывод можно было сделать, если на глубине в 20 метров температура оказалась на 25 градусов выше, чем на поверхности. По расчетам, на глубине 50–60 километров она достигает тысячи градусов!
Если Луну греет только Солнце, то в глубине ее не может быть теплее, чем на поверхности. Значит… Значит, Луну греют ее недра. Окончательно доказало, что Луну нельзя назвать полностью остывшей.
И что особенно интересно, поток тепла, идущий из недр Луны через каждый сантиметр ее поверхности, оказался таким же по величине, как и у нашей планеты. Для космогонии этот факт имеет колоссальное значение. Радиоастрономы, изучая Луну, получили еще одно подтверждение теории происхождения планет, созданной известным советским ученым О. Ю. Шмидтом.
В соответствии с этой теорией все планеты и их спутники образовались в результате концентрации холодного метеоритного вещества, которое в весьма отдаленные времена сравнительно однородно заполняло окрестности Солнца.
С течением времени в результате радиоактивного распада вещество, сосредоточившееся в небесных телах, нагревается. Степень нагрева зависит при прочих равных условиях от размеров планеты. Вероятно, Луна не имеет жидкого ядра. Это подтверждается также отсутствием у нее заметного магнитного поля, что было установлено приборами, приблизившимися к ней на советских лунных космических станциях. Да, каждый новый факт о родстве и сходстве с Землей и другими планетами солнечной системы заполняет один из пробелов в биографии Луны.
Работа советских астрономов и радиоастрономов по изучению Луны в полном разгаре. Особенно большие возможности перед учеными открывает могучая космическая техника, способная доставить сложные приборы и даже человека в район Луны и на ее поверхность. Когда это будет? И какие сенсации нас ждут? Ждать осталось недолго.
«Наука и жизнь», № 6, 1963 г.
ЗЕРКАЛО ДЛЯ ВЕНЕРЫ
Нажатие кнопки — и огромная стальная конструкция, напоминающая опрокинутый на ребро купол спортивного зала, пришла в движение. Обтянутое металлической сеткой ажурное семидесятишестиметровое зеркало английского радиотелескопа Джодрелл Бэнк отыскивало скрытую зимними тучами Венеру. Но вот его движение замедлилось. Оно стало таким же незаметным, как перемещение небесных светил. Это означало, что автоматы нашли Венеру и теперь ведут антенну вслед за ней. И вдруг чувствительный радиоприемник, присоединенный к антенне, обнаружил сигнал…
А в это время мощные передатчики советского центра дальней космической связи продолжали облучать Венеру узким пучком радиоволн. Это была странная передача. Долгими часами советские ученые следили за излучением радиоволн. Они не передавали никаких сигналов. Более того, ученые принимали все меры для того, чтобы ничто не исказило монотонной идеальности уходящего в космос луча.
Но радиоволны, через шесть минут достигавшие антенны, расположенной в северной Англии вблизи Манчестера, уже не были идеальными. Покрыв путь в 80 миллионов километров, они приходили крайне ослабленными, смешанными с шумами. Зато они несли в себе сигналы! Драгоценные сигналы, посланные самой Венерой, несущие в себе информацию о ее поверхности, о скорости вращения вокруг собственной оси, о направлении этой оси в пространстве.
Английские астрономы напряженно следили за аппаратурой, записывающей сигналы. Впоследствии они и их советские коллеги обработают записи и извлекут из них то, что сообщила о себе Венера. И со временем перед нами ляжет карта этой загадочной, скрытой сплошными облаками планеты, которую люди окрестили нежным именем богини.
Так начался новый этап исследования нашей солнечной системы, возникший как естественное развитие работ по радиолокации планет, систематически проводимых академиком Котельниковым и его сотрудниками, удостоенных Ленинской премии. До сих пор приемник и передатчик космического радиолокатора стояли рядом. Теперь их разделяют тысячи километров. Такого в истории радиолокации еще не бывало. Это решение оказалось результатом длительных многолетних поисков…
В 1928 году ученых взволновало сообщение о космических эхо, обнаруженных радиостанциями, занимавшимися изучением ионосферы. На этих станциях высота ионизированных слоев определялась по времени, прошедшему между посылкой радиосигнала и возвращением эхо. Обычно это время составляло около тысячной доли секунды. И вдруг — тридцать секунд! За это время радиоволны могли пробежать 9 миллионов километров. От чего они отразились? Гипотезы следовали за гипотезами. Некоторые подозревали Луну. Но советские академики Мандельштам и Папалекси доказали, что существовавшие в то время передатчики и приемники не могли обеспечить приема радиосигналов, отраженных от Луны.
Тогда так и не был найден виновник происшествия. Но мысль о локации планет уже не покидала ученых.
Вскоре в обстановке строгой секретности ученые ряда стран предприняли первые попытки определения положения самолетов при помощи радиоволн. В Советском Союзе радиолокационные станции получили практическое применение уже в 1939 году.
Ну, а опыты с космической радиолокацией? Только в 1957 году, когда первый советский спутник открыл нам путь в космос, она вдруг реально приобрела практическую ценность. Мечты Циолковского о полетах к другим планетам превратились в задачу близкого будущего. Однако оказалось, что, даже создав достаточно мощные ракеты, невозможно направить их к цели с нужной точностью.
Это может показаться странным. Ведь высокая точность астрономических расчетов общеизвестна. Но астрономы вычисляют положения планет при помощи своей астрономической единицы длины — среднего расстояния от Земли до Солнца. А выразить эту единицу в земных метрах с нужной точностью никто не умел. Лучшие измерения астрономов содержали ошибку в тысячи километров. А это уже верный промах. Казалось бы, можно послать радиосигналы на Луну — самое близкое небесное тело, чтобы точно определив расстояние до нее, рассчитать небесный треугольник, в вершинах которого находятся Солнце, Земля и Луна. Задачка казалась проще простого — по катету определить гипотенузу, прямо-таки седьмой класс. Но для этого нужно было еще измерить угол между Луной и Солнцем, а сделать это точно тоже пока невозможно. Пришлось обратиться к планетам. Правда, здесь возникло новое осложнение — планеты слишком далеки. Их трудно достать радиолокатором. И физики выбрали Венеру. Она ближе других подходит к Земле. Но можно ли и при каких условиях получить радиоэхо от Венеры?
Ответ на этот вопрос дали ученые Института радиотехники и электроники АН СССР. Да, можно.
Наблюдения начались 18 апреля 1961 года, когда расстояние до Венеры было минимальным для этого года и участники работы еще были под свежим впечатлением триумфального полета Юрия Гагарина. Радиоволны путешествовали в пространстве пять минут. Легко представить себе напряжение этих минут! Все было предусмотрено и многократно проверено. Сигнал ушел. Найдет ли он Венеру? Вернется ли? Будет ли принят?
Но ждать надо было не пять минут, а гораздо дольше. Нужно было ждать, пассивно наблюдая за автоматической работой планетного локатора. Ведь отраженный сигнал слаб настолько, что его невозможно увидеть на фоне шумов приемника. Только после долгой и сложной обработки результатов можно выяснить, приходит ли вожделенное эхо.
Наконец, обработка принятых сигналов закончена. Победа! Аппаратура сработала безупречно! Астрономическая единица длины определена. Конечно, ошибка возможна, но она составляет теперь всего лишь около тысячной доли процента.
Лишь! Эта доля — не больше и не меньше, чем две тысячи километров! Разве можно на этом остановиться?
Летом 1962 года коллектив, руководимый Котельниковым, сделал следующий шаг. Венера к этому времени, увы, удалилась. Тогда решено было лоцировать Меркурий. Но это гораздо труднее. Во-первых, в это время Меркурий был в два раза дальше от Земли, чем Венера во время опытов 1961 года. Во-вторых, Меркурий — самая маленькая планета Солнечной системы. Его поверхность в шесть-семь раз меньше, чем поверхность Венеры. Значит, должно уменьшиться и радиоэхо.
Но ученые были готовы и к этому. Они значительно повысили чувствительность приемника, работающего в радиолокаторе, снабдив его последним достижением квантовой электроники — парамагнитным усилителем радиоволн. Он усиливает радиоволны при помощи кристалла искусственного драгоценного камня — рубина, погруженного в жидкий гелий. В этом усилителе совсем нет шумов радиоламп, которые досаждают нам при приеме музыки и маскируют невообразимо слабые космические сигналы.
Итак, жидкий гелий залит. Рубин охладился почти до абсолютного нуля. Все блоки космического локатора проверены. Опыт начался. Но с увеличением расстояния возросло и время путешествия радиоволн. Их возвращения нужно было ждать 10 минут. Правда, магический кристалл сделал ответный сигнал более ясным, и для получения результата требовалось гораздо меньшее время, чем в первых опытах.
Когда закончилась обработка принятых сигналов, стало ясно, что радиоволны отражаются от Меркурия примерно так же, как от Луны. И можно было впервые проверить наши предположения о свойствах поверхности Меркурия. Эта работа принесла советским ученым не только научные достижения, но и мировой рекорд дальности радиолокации.
Осенью того же года, когда Венера вновь приблизилась к Земле, на нее снова направили луч космического радиолокатора. Именно тогда на Венеру и обратно простой азбукой Морзе были переданы понятные во всем мире слова: «Ленин, СССР, Мир». Но это был не единственный результат. Точность астрономической единицы длины увеличилась более чем в пять раз. Впервые удалось оценить отражение радиоволн от поверхности Венеры.
А за Венерой начался штурм Марса. Он приблизился к Земле настолько, что оказался в зоне досягаемости планетного локатора и был взят на прицел. Радиоэхо показало, что поверхность Марса, представляющаяся глазу ровной пустыней, в действительности обладает сложным рельефом, более гладким в одних частях и изрезанным в других. Кстати, эти результаты недавно подтвердили фотографии, полученные американскими учеными при помощи космической лаборатории «Маринер IV».
Ну, а Юпитер? Гигантские размеры этой планеты отчасти компенсировали увеличение расстояния. Радиосигналы, направленные на него, путешествовали около часа. Они принесли сведения об отражательных свойствах этой планеты и новый рекорд дальности радиолокации. Аналогичные радиолокационные исследования планет проводились в США и Англии.
А затем ученые вновь вернулись к Венере — ведь они еще не узнали ни характера ее поверхности, ни точной скорости вращения, ни положения оси.
Ожидая, пока Венера вновь приблизится к Земле, Котельников и его сотрудники начали готовить эксперимент, но более сложный, чем раньше. Чтобы точнее провести анализ эха, отраженного Венерой, они решили удалить на большое расстояние приемную часть от передающей. Но сделать это вовсе не просто. Радиоприемная часть современного планетного локатора — не миниатюрная «Спидола». Это огромные тысячетонные антенны со сложнейшей автоматикой, позволяющей вести их за планетой, даже если ее скрывают густые облака. Строительство такого радиоприемника стоит дорого и требует большого времени.
Гораздо проще воспользоваться готовой антенной. Нужно лишь найти такую, хозяева которой увлекутся исследованием планет, а кроме того, обладают большим мастерством, остроумием и терпением, необходимыми для тонкой работы по анализу космического эха. Ведь информация, которую оно несет, записана не словами, а ничтожными изменениями принятого сигнала по сравнению с посланным.
По удачному совпадению в 1963 году в Советском Союзе гостил директор обсерватории Джодрелл Бэнк профессор Бернард Ловелл. Оказалось, что и он мечтает о подобной работе, но у него нет нужного передатчика. В разговоре с Котельниковым он предложил объединить усилия. Предложение было с энтузиазмом принято. Началась подготовка к совместной работе.
И вот из Москвы была отправлена телеграмма: «Англия. Радастра. Маклесфилд. Ловеллу: Будем работать по Венере 8 и 9 января с 11 до 14. Котельников».
Восьмого января мощные передатчики советского центра дальней космической связи в течение трех часов направляли на Венеру узкий пучок радиоволн. Радиоволны, отразившись от Венеры, возвратились на Землю, были приняты станцией Джодрелл Бэнк и записаны автоматическими самописцами. Англичане тотчас сообщили: «Москва, Аэлита. Сигнал от Венеры принят».
Телеграфный адрес Института радиотехники и электроники Академии наук СССР — находка сотрудников. Это связано с полу комичной историей. Телеграфу были предложены институтом на выбор пять слов. Все они оказались занятыми другими учреждениями. Тогда ученые дали на выбор пять названий планет.
Телеграф ответил: все планеты заняты, назовите новые слова. Из вновь названных слов оказалось свободным лишь одно — Аэлита. Это было очень удачно — ученые действительно трудятся на грани фантастики.
И вот каждые несколько дней из Англии в СССР и обратно шли телеграммы о ходе работы. Сеансы продолжались несколько месяцев…
«Литературная газета», № 14, 1966
Космические радиопейзажи
Важной вехой в истории исследований, о которых пойдет речь, стал документ, ныне хранящийся в архивах Академии наук СССР. Он написан академиками Котельниковым, Минцем и Введенским, когда стали реальностью полеты в космос. Ведущие советские радиоспециалисты предложили использовать радиопередатчики, установленные на борту космических аппаратов для связи с Землей, еще и для другой цели — изучения условий распространения радиоволн в межпланетном пространстве. Как следствие возникала новая сторона проблемы — изучение самого космоса с помощью радиоволн тех же передатчиков. Вскоре академик Котельников, директор Института радиотехники и электроники АН СССР, включил в план института тему: исследование земной атмосферы путем анализа радиосигналов, посланных с борта первых советских спутников.
Следующим этапом было применение радиоволн для исследования ближнего космоса. Логика науки требовала продвижения в дальний космос. Техника не заставила себя ждать. Пришла пора создания станций типа «Луна», «Венера», «Марс».
В начале 60-х годов в Центр дальней космической связи приехали Введенский, Колосов, Арманд.
Автоматическая межпланетная станция только что стартовала в сторону Венеры. Сеанс наблюдений начался. Запись на ленте самописца, регистрирующего приходящие сигналы, казалась похожей на кружевной узор. В его причудливых очертаниях скрывалась информация о среде, через которую пролетали радиоволны, посылаемые с борта станции. Научиться анализировать эту информацию — вот какая задача стояла перед учеными.
Они исходили из того, что первоначальное излучение передатчика известно — ничем не искаженная кривая была записана заранее. Оставалось сравнить ее с той кривой, которую рисовал самописец. Разница — это печать космической среды.
Она-то и была объектом внимания.
В то время, когда станция «Венера» совершала свой путь к таинственной планете, и позже, когда другие советские станции повторяли это путешествие или двигались по направлению к Марсу, на ленту самописца ложились ценнейшие сведения о космических дорогах, которые бороздили автоматы — посланцы советской науки.
Космические аппараты пронизывали атмосферу Венеры, радиоволны от них «прощупывали» солнечную корону, ионосферу Марса и Луны, которая давно угадывалась астрономами, но оставалась загадкой. Теперь расшифровке подвергались не только ленты самописца — на это уходило слишком много времени. Параллельно сигналы записывали на магнитную ленту, затем их многократно вводили в ЭВМ и получали разнообразные сведения о свойствах вещества, встреченного радиоволнами по пути.
Результаты наблюдений составили несколько книг и добрую сотню статей, которые опубликованы за последние десять лет. Они освещали совершенно новую область исследований. Эта новаторская работа советских ученых" "выдвинута на соискание Государственной премии СССР 1974 года. Название ее формулируется так: «Исследование распространения радиоволн в дальнем космосе с помощью советских космических аппаратов типа «Марс», «Луна» и «Венера».
Руководитель работ доктор технических наук Колосов рассказывает:
— Успех исследований во многом зависит от индивидуальных особенностей каждого из участников. Нам повезло: коллектив оказался на редкость разносторонним и склонным охватить проблему во всем ее многообразии. Кроме того, мы получили солидную поддержку научных организаций промышленности и других институтов АН СССР. В теоретической части полностью полагались на доктора технических наук Арманда. Он же навел математический «лоск» на результаты исследований, придал им законченность и логическую стройность.
ТЕЛЕГРАМКанал с обзорами, анонсами новинок и книжными подборками
Книжный Вестник
Бот для удобного поиска книг (если не нашлось на сайте)
Поиск книг
Свежие любовные романы в удобных форматах
Любовные романы
О психологии, саморазвитии и личностном росте
Саморазвитие
Детективы и триллеры, все новинки
Детективы
Фантастика и фэнтези, все новинки
Фантастика
Отборные классические книги
Классика
ВКОНТАКТЕБиблиотека с любовными романами, которая наверняка придётся по вкусу женской части аудитории
Любовные романы
Библиотека с фантастикой и фэнтези, а также смежных жанров
Фантастика
Самые популярные книги в формате фб2
Топ фб2
книги