На службе у войны: негласный союз астрофизики и армии - Эвис Лэнг

___________________

Есть несколько способов исчезнуть из видимой части спектра, и у них долгая военная родословная. Самый простой из них – воспользоваться темнотой ночи. Другой – ослепить врага. Зажгите грандиозный костер, и неприятель, смотрящий на него, будет не в состоянии увидеть ничего, кроме языков пламени, а значит, неспособен будет и прицелиться в вас хоть сколько-нибудь точно. В последние десятилетия для ослепления противника используются лазеры и дымовые завесы: швырните в вашу цель гранату, начиненную белым фосфором, и вы немедленно получите дымовую завесу, испепелив заодно всех, кто находился в окрестности взрыва, и надежно скрыв ваши маневры и ваше инфракрасное излучение. Но ведь с ослеплением мы сталкиваемся и при исследовании Вселенной – это происходит, когда яркий свет материнской звезды забивает гораздо более слабое отраженное излучение ее экзопланет. Это было большой трудностью для наблюдателей, пока пару десятилетий назад ученые не начали использовать в оптических системах телескопов специальный экранирующий диск, блокирующий световые помехи; получается, что в этом случае функция телескопа становится обратной той, для выполнения которой он первоначально создавался.

Еще один, совсем другой по своей природе способ исчезнуть – это достичь полной прозрачности. Эта идея воплощена в чистом оконном стекле. Мухи, ночные бабочки, птицы и другие посетители извне, не подозревающие о прозрачной стеклянной стене, должны быть полностью обескуражены, сталкиваясь с визуально незаметной, но непреодолимой преградой между собой и пространством по ту сторону невидимого препятствия.

Но что, если вы не хотите оставаться запертым в комнате с окном, а хотите двигаться – в любом интересующем вас направлении, но скрытно, оставаясь при этом функционально невидимым? Сейчас для этого есть специальные покрытия: пенка, волокна, пудра, не отражающая света. Противник не сможет обнаружить вас, направив на вас прожектор, хотя вы все же будете загораживать собой часть поля зрения, – умный охотник сможет догадаться о вашем местонахождении именно по отсутствию у вас очертаний, а не по их присутствию. Можно еще облачиться в зеркальную чешую, которая будет перенаправлять падающий на вас свет, но не обратно к его источнику, а в сторону от него. Это напоминает принцип стелс-технологии в военной авиации – самолет рассеивает падающий на его фюзеляж луч радара в разные стороны. Сравнительно недавно появилось еще одно средство маскировки: ткань, сделанная из крохотных светопропускающих бусинок, которые могут размещать изображение того, что находится за вашей спиной, перед вами. Для наблюдателя вы при этом полностью исчезаете, как будто накинули на себя плащ-невидимку из сериала «Звездный путь». И еще: если вы, скажем, архитектор и задумали построить циклопический небоскреб, который безнадежно изуродует окружающий пейзаж, вы можете покрыть ваше творение светодиодными устройствами, проецирующими вовне окружающий ландшафт, причем самой вашей махины видно не будет. А если вы секретный агент, следящий за определенным подъездом на улице, вы можете, подобно волшебнику, сами раствориться в воздухе, установив между собой и подъездом сложную систему линз или зеркал.

Достичь невидимости при помощи камуфляжа – интуитивная тактика, требующая богатого воображения, но с ограниченной надежностью. Достичь невидимости с применением оптической техники «исчезновения» (стелс-техники) – тактика научная, основанная на понимании физических законов отражения и преломления, накопленных за столетия открытий разнообразных форм световой энергии, недоступных нашим чувствам.

К концу XIX века мы больше не могли обманывать себя верой в то, что Вселенная общается с нами лишь посредством узкой полосы света, воспринимаемого сетчаткой наших глаз. С открытием множества энергетических спектральных полос стало абсолютно неприемлемо строить стратегию обороны исключительно на свойствах видимого света или пытаться объяснить свойства космоса на основании одних лишь наблюдений, сделанных в видимом свете, – все равно что сочинять симфонию, оставаясь в пределах одной октавы. Чтобы прояснить различие между простым определением присутствия и положения небесных тел и более сложным процессом установления их компонентов, массы, эволюции, вместо старого термина «астрономия» понадобился новый: «астрофизика». Приходящий из космоса свет сделался для астрофизики настоящей энциклопедией. А попытки зарегистрировать объекты слишком слабые, чтобы их мог заметить человеческий глаз, стали в ней долгим и увлекательным шоу.

Новой науке требовались новая техника и новые методы. Астрофизики мечтали о приемниках, способных воспринимать волны любой длины.

Но и военным требовались системы нападения, способные эксплуатировать волны разной длины, и системы защиты, способные эти волны отражать. Радиоволны устраивали и тех и других. Для военного доядерной эры они оказались почти незаменимыми; для исследователя космоса они открыли новые каналы получения информации. Работая плечом к плечу, эти двое помогли определить ход Второй мировой войны.

___________________

Хотя существование радиоволн было продемонстрировано еще в середине 1880-х, прошли десятилетия борьбы физических и математических теорий и постановки изощренных экспериментов, прежде чем ученые и инженеры смогли начать работать с ними, управлять ими и эксплуатировать их. Первым делом надо было понять их поведение: как некоторым радиоволнам удается без искажений распространяться вдоль искривленной поверхности Земли и как верхняя атмосфера – ионосфера – влияет на их распространение в пространстве; каковы источники радиошумов, лучше известных как статические шумы; какова лучшая форма и материал для антенны; имеет ли значение направление распространения; отражают ли и излучают ли радиоволны Солнце и другие наши небесные соседи. И так далее.

К 1919 году на главный вопрос о распространении радиоволн был получен ответ: они распространяются не по причине дифракции на искривленной поверхности Земли, а из-за отражения земной ионосферой – группой слоев воздуха общей толщиной в несколько сот миль в верхней атмосфере. Ионосфера переполнена заряженными частицами (ионами), которые образуются, когда высокоэнергетические солнечные фотоны выбивают электроны из находящихся в земной атмосфере атомов и молекул. К 1937 году в основном готовы были и остальные ответы, касающиеся распространения радиоволн. Подходя к решению этого вопроса с разных сторон, разные исследователи находили разные составные части общего ответа – и как бы ненароком продвигали вперед такие разные области, как метеорология и чистая математика. Один историк науки так сказал об этом: «Они начали с выяснения того, что именно они ожидают узнать, и кончили тем, что нашли то, чего узнать не ожидали. Добиваясь решения практической инженерной проблемы, – пишет он, – исследователи ВМФ США в результате внесли вклад в чистую науку».

В конце 1930-х теоретические и практические исследования в области радиоволн сфокусировались на отправке и приеме радиосигналов. И только после того, как эти задачи-близнецы были как следует продуманы и решены, стало возможным обратиться к другой паре близнецов: проблемам регистрации радиосигналов и того, как ее избежать. Но в 1930-х годах на радиофронте произошло еще нечто крайне важное – была начата работа над еще одним практическим проектом, принесшим еще один непредсказуемый научный результат. Фактически этот проект привел к рождению целой новой ветви астрофизики.