Блюз черных дыр и другие мелодии космоса - Жанна Левин

Однажды в три часа ночи начальник службы безопасности ядерного объекта зашел в здание обсерватории с вопросом: “Вы ничего не слышали?” Майк проехал по вспомогательной дороге и обнаружил грузовик, который врезался в цементную оболочку одного из плеч интерферометра. Хэнфорд патрулируется сотрудниками службы безопасности федерального подчинения, и эти симпатичные могучие ребята в устрашающей униформе вооружены до зубов. Однако же некоторые из них обожают втопить газ и разогнаться в темноте, забыв о своем плохом знании местных географических реалий. Пересекая поросшую редким кустарником равнину на скорости 50 миль в час (примерно 8о км/час), один из любителей быстрой езды врезался в плечо интерферометра, заработав в результате перелом плеча собственного. И ребра, кстати, тоже.

Хотя эта авария не нарушила вакуум, такое вполне могло случиться. Если бы отверстие в трубе оказалось размером с десятицентовую монету, то всасываемый из атмосферы воздух со зловещим свистом уничтожил бы весь эксперимент. Но наличие достаточно большого отверстия могло иметь летальные последствия – это было бы сравнимо с разгерметизацией на космической станции, с той лишь разницей, что в данном случае пустота находится внутри самого корабля.

Автомобили представляют для эксперимента серьезную помеху, даже если не врезаются в трубы. Обсерватория чрезвычайно чувствительна к колебаниям земной поверхности. Это, помимо всего прочего, еще и очень чувствительный сейсмограф. Например, детектор ощущает грузовики, проезжающие по близлежащим трассам. Проблемы создают и акустические шумы. Были обнаружены корреляции шумов детектора со временем прилета и отлета самолетов в местном аэропорте.

Солнце и Луна вызывают колебания зеркал, и для восстановления их исходных местоположений требуются дополнительные магниты. Сейсмометры регистрируют локальные движения земной коры, и для компенсации этих перемещений требуется устанавливать гидравлические системы. Все эти различные помехи необходимо отличать от истинного сигнала. Мы слышим и звучание самого прибора. Он урчит от приливного действия небесных тел, ворчит при оседании земли, реагирует на остаточное тепло в элементах своей конструкции, на квантовые флуктуации и на давление в лазере.

Зеркала интерферометра заслуживают того, чтобы рассказать о них отдельно. На глаз они кажутся совершенно прозрачными, практически невидимыми. Они – идеальные отражатели оптического света. Вся их мощь заключается в способности отражать лазерный луч. Производство зеркал поручили компаниям, являющимся общепризнанными лидерами в этой области. Чтобы получить максимально возможную отражающую способность и минимизировать потери, зеркала были покрыты восьмьюдесятью отражающими слоями. Коэффициент отражения этих зеркал составляет 99.999 %.

Зеркала весом в 42 килограмма подвешены на необычайно тонких стеклянных волокнах, потому что их нельзя просто прикрутить к своду тоннеля. Если бы зеркала были жестко зафиксированы, они не были бы чувствительны к колебаниям пространства-времени, не раскачивались бы на поверхности гравитационных волн. Вот оно, основное затруднение – неизбежная схватка между стабильностью и чувствительностью. Толщина стеклянных волокон примерно в два раза превышает толщину человеческого волоса, поэтому они легко ломаются даже при случайном прикосновении.

Руководитель LHO Фред Рааб видит в эксперименте баланс между изяществом и грубой силой. Луч света мегаваттного лазера, отражаясь между зеркалами резонатора, являет собой источник опасности. Когда положение зеркал выходит за допустимые пределы, мегаваттный луч лазера сбрасывается на фотодиод, рассчитанный на поглощение только очень малой доли фотонов. И однажды фотодиод сожгли. После этого для его защиты были разработаны специальные створки из нержавеющей стали, которые моментально смыкаются в случае аварии. Но был случай, когда луч упал на металлические створки, подпалив и их. Расплавленный материал створок испарился внутрь вакуумного объема.

Очередной инцидент был связан с землетрясением в Китае, которое привело к раскачиванию одного из вторичных зеркал. При этом луч попал на стеклянные волокна и, как лазерный резак, расплавил их. После пары подобных случаев были разработаны и установлены сейсмические фиксаторы зеркал. Впрочем, обычно землетрясения, которые регистрируются по всему миру, приводят к менее катастрофическим последствиям.

Мы с Майком Лэндри облачаемся в чистые защитные костюмы, чтобы войти в LVEA и рассмотреть работающую установку вблизи. Все помещение большого ангара классифицируется как чистая комната класса 10 000, что означает верхний предел на количество пылинок, содержащихся в одном кубическом футе воздуха[27]. Для сравнения, в воздухе Нью-Йорка содержится в среднем около 35 миллионов загрязняющих частиц на кубический фут: микробов, пыли и разнообразных химических соединений. (При посещении лаборатории в Луизиане я прошла часовой инструктаж по правилам работы в чистом помещении, который включал в себя практические занятия с использованием хирургических перчаток, арахисового масла и флакона изопропилового спирта.) В помещении прохладно (пот – одно из загрязняющих веществ), а высота потолка примерно 30–40 футов[28]. Над нашими головами проходят рельсы, по которым перемещаются краны. Рельсы рассчитаны на 5 тонн – максимальный вес перемещаемых грузов. Все в ангаре носят каски.

Камеры интерферометра герметично отделены от тоннелей мощными задвижками – чтобы камеры могли быть доступны для обслуживания в условиях окружающей атмосферы без заполнения объема труб воздухом. Скопление камер, вид на которые открывается с высоты галерей и ведущих к ним лестниц, прозвали Пивным садом: оно и впрямь навевает мысли то ли о больших пивных кегах, то ли о подводной лодке Герберта Уэллса. Верхняя часть любой из камер может быть открыта, чтобы при помощи крана извлечь наружу всю ее начинку. После окончания работ камеры снова герметизируются, а воздух из них откачивается до уровня вакуума, поддерживаемого в трубах так, чтобы задвижки могли быть вновь открыты.

После двух месяцев работ по сборке узлов интерферометра специалисты открыли видоискатель на конечной станции обсерватории в Луизиане и обнаружили на внутренней стороне стекла живого пятисантиметрового паука. Насекомые создают проблемы для эксперимента. Так же, как и мыши. “Извини, приятель”, – сказал Майк, наступив на паука в маленькой комнате, где мы переодевались в чистые защитные костюмы. Несколько минут спустя, уже в самой лаборатории, старший экспериментатор, прервавшись на полуслове, сфокусировал взгляд чуть выше маски Майка и снял с пластиковой прокладки одного из наиболее прецизионных элементов детектора заблудившегося мотылька. Поднимая с пола хрупкие останки насекомого, Майк снова извиняется: “Так уж вышло, приятель”.

Трубы пронизывают стены лаборатории и уходят на несколько километров вдаль по засушливой местности. Между трубой и внутренней стеной цементного четырехкилометрового тоннеля, который соединяет LVEA с конечными станциями, есть небольшое пространство, позволяющее взрослому человеку пройти вдоль всей трубы. Но этого никто не делал – до тех пор, пока Рай Вайсс не обнаружил внутри тоннеля колонии мышей, ос, черных вдов (ядовитых пауков) и змей. Осы любят питаться черными вдовами, которых они помещают в шестиугольные гнезда своих сот, какое-то время держат там живыми под наркозом, а потом сжирают. Моча черной вдовы содержит соляную (хлористоводородную) кислоту, которая разъедает нержавеющую сталь труб. В некоторых местах на трубе и впрямь видны следы паучьей жизнедеятельности. По той же причине плавательные бассейны не изготавливают из нержавеющей стали: сталь в присутствии хлора коррозирует. Впрочем, проведя некоторые исследования, Рай констатировал, что “черные вдовы, конечно, заслуживают внимания, однако главными виновниками являются все-таки мыши”.