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

Мы все еще до конца не понимаем, каков механизм возникновения космических гамма-всплесков. Но еще до того, как астрофизики впервые узнали о существовании космического гамма-излучения, все – как ученые, так и политики – уже были уверены, что на Земле оно появится там и тогда, где и когда будет взорвана термоядерная бомба. Неважно, будет этот взрыв испытанием или боевой атакой, так же как не имеет значения, будет он произведен в пустыне, в центре острова Манхэттен или на Луне, – он будет сопровождаться выбросом смертоносных гамма-лучей. И не успела окончиться вторая глобальная война XX века, как проектирование опустошительного, всеуничтожающего оружия пошло полным ходом, рождая ужас и взаимное недоверие как среди его непосредственных разработчиков, так и среди свидетелей этого процесса. Сам Эйнштейн, прекрасно осведомленный о появившемся в мире новейшем средстве всеобщего уничтожения, сказал в 1949 году в интервью для журнала «Либеральный иудаизм»: «Не знаю, каким оружием будут сражаться в Третьей мировой войне, но в Четвертой драться будут камнями и дубинками».

Перед лицом быстрого нарастания арсенала разрушительных средств, все более опасаясь долговременных последствий радиоактивного заражения, министры иностранных дел Советского Союза, Соединенных Штатов и Великобритании в начале августа 1963 года подписали Договор о частичном запрещении испытаний ядерного оружия. Слово «частичный» в данном случае оставляло открытой возможность подземных ядерных испытаний. Два месяца спустя, после того как Сенат США ратифицировал Соглашение, президент Кеннеди подписал его, и 10 октября оно обрело силу закона.

Любой политический скептик скажет вам, что одно дело – подписать договор и совсем другое – его соблюдать. Поэтому появилась необходимость (и возможность) отслеживать из космоса любые признаки недопустимых детонаций на земной поверхности. Для этого США решили отправить в космос несколько спутников, оснащенных современными чувствительными гамма-детекторами. Это были не телескопы, а простые орбитальные приемники, неспособные определить точное место термоядерного взрыва. Однако, если вы располагаете целой сетью таких спутников, каждый из которых регистрирует точное время прихода гамма-лучей, точку взрыва можно определить методом триангуляции. Более того, если орбита достаточно высокая, спутники окажутся вне зоны электромагнитных шумов, создаваемых радиационными поясами Ван Аллена – областью пространства вокруг нашей планеты, которую один специалист из NASA метко описал как «два бублика, наполненных испепеляющим излучением».

И не успели на подписанном договоре высохнуть чернила, как 16 октября 1963 года, руководствуясь принципом «доверяй, но проверяй», Соединенные Штаты запустили разнесенную по орбите на 180 градусов первую пару спутников серии Vela Hotel: на очень высокую орбиту в 100 000 километров, далеко за пределами земной атмосферы и вне зоны действия поясов Ван Аллена. Их задача была простой и ясной: регистрировать гамма-излучение, порожденное взрывом ядерной бомбы. Приемниками были знакомые нам сцинтилляторы.

Вторая пара спутников Vela Hotel была запущена в июле 1964 года, третья – в июле 1965 года, и так до последней, шестой, запущенной в апреле 1970 года. Их разработка началась еще в 1959 году при президенте Эйзенхауэре в Агентстве по перспективным исследовательским проектам при участии лабораторий Комиссии по атомной энергии в Лос-Аламосе. С каждой новой парой увеличивались чувствительность приемников и точность определения времени. Спутники Vela Hotel были «долгоиграющим» продуктом: большинство их проработало десять и более лет сверх запланированного срока службы.

Обращаясь вокруг Земли за четыре с четвертью дня, то один, то другой из спутников Vela периодически регистрировал высокоэнергетические солнечные частицы. В этом не было ничего, о чем стоило бы беспокоиться, ничего катастрофического. Если бы произошел взрыв термоядерного устройства, это выглядело бы совершенно иначе: излучение регистрировалось бы всеми спутниками на луче зрения в направлении события в виде интенсивного гамма-всплеска продолжительностью менее одной миллионной доли секунды, за которым следовал бы участок постоянной интенсивности («плато»), а затем спад, причем послесвечение продолжалось бы несколько часов или даже дней. В конце концов 2 июля 1967 года спутники Vela и вправду зарегистрировали мощное событие гамма-излучения. Странно было вот что: оно не подходило под описание профиля ядерного взрыва. Записи показали высокий первичный пик, продолжавшийся менее одной восьмой доли секунды, а за ним почти немедленно – второй, несколько более слабый, длившийся две секунды. Это не был ядерный взрыв. И не вспышка на Солнце или взрыв сверхновой: ничего подобного в этот день не наблюдалось.

Два трудолюбивых молодых астрофизика из Лос-Аламоса, Рэй Клебезадель и Рой Олсон, первыми разобрались в том, чем это событие быть не могло и чем оно могло быть. Но так как эти ученыме работали в одной из двух существовавших в стране секретных национальных лабораторий, занятых созданием ядерного оружия, они решили подождать подтверждения своих предположений. Такое подтверждение вскоре поступило от запущенных в 1969 и 1970 годах усовершенствованных пар спутников Vela, оснащенных более современными инструментами. После обработки огромного объема «зашумленных» данных Клебезадель, Олсон и их коллега Иен Стронг отождествили шестнадцать гамма-всплесков, произошедших между июлем 1969-го и июлем 1972 годов, которые удовлетворяли жестким критериям: быть записанными по крайней мере двумя спутниками Vela в пределах интервала продолжительностью не более четырех секунд. Эти шестнадцать всплесков подтвердили выводы, которые исследователи сделали в июле 1967 года. В 1973 году они опубликовали – то есть, по сути, рассекретили – свои результаты. Это была типичная научная статья в «Астрофизическом журнале», спокойная и продуманная. О том, что авторы обнаружили новое огромное явление во Вселенной, можно догадаться разве что из сдержанного высказывания: «из соображений, связанных с законом обратных квадратов, таким образом, вытекает, что эти источники находятся на расстоянии не менее десяти диаметров земной орбиты» – то есть как минимум трех миллиардов километров.

Нельзя сказать, что до этой статьи никто не исследовал космическое гамма-излучение. Но открытие Клебезаделя, Стронга и Олсона вызвало настоящую лавину новых исследовательских попыток. Интерес военных к регистрации крайне высокоэнергетических взрывов привел к взрыву в науке: бурному расцвету до этого незаметной области астрофизики. Космические приемники вошли в обиход, обогнав наземные детекторы, изготовленные на базе обновленного инструментария времен Второй мировой войны.

Гамма-лучи и мириады субатомных частиц непрерывно генерируются в процессе столкновений космических лучей сверхвысоких энергий с атомами в земной атмосфере. Исследуя эти каскады частиц, можно выявить случаи замедления времени, предсказываемого эйнштейновской теорией относительности. Частицы космических лучей летят сквозь пространство со скоростью, достигающей 99.5 % скорости света. Когда они врезаются в толщу земной атмосферы, они расщепляются с образованием многочисленных продуктов распада, элементарных частиц все меньшей и меньшей энергии, лавинообразно распространяющихся вплоть до встречи с поверхностью Земли. Среди этих продуктов распада – ливни гамма-лучей, быстро преобразующихся в электроны и их античастицы – позитроны.