Ученые изучают законы движения космических частиц на Земле и даже над нею, в верхних слоях атмосферы и в космическом пространстве.
Уже на втором искусственном спутнике полетели в межзвездное пространство крошечные «сигарки». Эти счетчики не определяют, какая частица залетела в них, но зато добросовестно ведут им счет. Подобные труженики вместе со спутником успевали за полтора часа облететь вокруг земного шара и подсчитать частицы космических лучей, летящие из бездны вселенной. За следующие обороты они повторяли свои подсчеты и, таким образом, собирали совершенно уникальные сведения.
С уважением берешь в руки хрупкую трубочку счетчика. Его металлическая поверхность ребриста. Это предохраняет от повреждений. Электрические импульсы от счетчиков попадали в специальную схему, которая подсчитывала их. Результат подсчета передавался на Землю по радио.
Миниатюрные счетчики проработали на втором спутнике семь дней и помогли установить изменение интенсивности космических лучей во времени. На следующих спутниках и ракетах данные пополнялись. Теперь можно сопоставить полученные результаты с различными астрономическими явлениями, с различными предположениями о законах движения невидимых частиц.
Новейшие данные подсказывают, что во вселенной путешествуют огромные резервуары, наполненные частицами. Эти гигантские сгустки частиц формируются магнитными полями, пульсирующими в космическом пространстве. Этот механизм древен как мир и почти так же загадочен... В нем ключ к пониманию работы космического ускорителя. Но ключ этот еще не найден. Когда он отыщется?
Ученые с азартом решают кроссворд, но не обычный журнальный, а тот, который загадывает человеку природа. Еще одна-две буквы, последнее недостающее звено и угаданное слово откроет, наконец, тайну.
Двойник Луны
Работая в области космографии,
мы испытываем танталовы муки при мысли,
что мир может обладать скрытыми от нас свойствами.
X. ШЕПЛИ
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 движущиеся пятна на дне 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 ничего сказать не могут 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 Дольфус из Парижской обсерватории уверяет, 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 наблюдались 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 глубочайшими трещинами с вертикальными стенами 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.
Живет и такое мнение: темные участки Луны, которые называются морями, действительно моря, но наполнены не водой, а пылью, в которой 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 в ней 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.
Пыль
К началу исследования радиоизлучения Луны астрономы располагали одной вполне надежной характеристикой Луны – температурой ее поверхности. Она была измерена еще в тридцатых годах астрофизиками Петитом и Никольсоном 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 плюс 120 градусов Цельсия поверхность нашего спутника лунной ночью скована морозом в минус 150 градусов Цельсия. Колебания температуры Луны неслыханны: 270 градусов! Ничего подобного на Земле никто никогда не наблюдал: не только ото дня к ночи, но и от зимы к лету, от тропиков к полюсу холода.
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 плюс 120 градусов до минус 100 градусов Цельсия.
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 излучаются не самой поверхностью Луны, температура которой подвержена сильным колебаниям, а более глубоким слоем 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 почвы, а на глубине в несколько метров температура меняется мало.
Но лишь был разрешен первый вопрос, как возник следующий. Из чего же состоит поверхностный слой Луны, который, как шубой, укрывает ее недра от резких колебаний температуры?
Академик Фесенков высчитал, 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. Атмосферы там нет. 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 почти всех. И сторонников метеорной гипотезы, которая утверждает, что лунный покров создан постоянной метеорной бомбардировкой. Ведь миллиарды крупных и мельчайших метеоров незримым дождем 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 Луны.
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 сантиметра.) Под Горьким, на обрывистом берегу Волги, в местечке Зименки под руководством В.С. Троицкого, одного из ведущих советских радиоастрономов, с 1953 года началось строительство радиотелескопов, рассчитанных на длину волны в 0,4, 1,6 и 3,2 сантиметра. В Москве, в Физическом институте имени Лебедева Академии наук СССР, под руководством А.Е. Саломоновича строился огромный радиотелескоп для приема радиоволн длиной 0,8 сантиметра. 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 радиоизлучение не только от Луны, но и так называемый космический фон – радиоволны, приходящие из глубины вселенной. В антенну попадают и радиоволны, излучаемые поверхностью Земли. На чашу радиотелескопа радиоволны от Луны ложились как бы в «упаковке» радиоволн от других небесных тел и Земли.
Если в магазине продавец взвешивает, скажем, сметану прямо в банке, покупатель, естественно, требует, чтобы банку он взвесил отдельно или по крайней мере поставил такую же на другую чашу весов. Ведь покупателя интересует только чистый вес, без тары.
А как отделить лунное радиоизлучение от его «упаковки», от паразитного излучения, если ни то, ни другое неизвестно?! Это паразитное радиоизлучение неизбежно 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 отдельного дерева сквозь шум леса при сильном ветре. – Так обрисовал трудность задачи В.С. Троицкий. – Поэтому ошибки измерений достигали 20 процентов. Мы же могли позволить себе 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.
«Вот если бы существовала еще одна Луна...» – мелькнула у них однажды невероятная мысль. И если бы радиоизлучение от этой другой Луны было точно известно... Тогда можно было бы сравнить известное радиоизлучение от «новой» Луны с неизвестным от «старой», настоящей Луны («упаковка»-то у них одинаковая) и столь нехитрым путем определить его.
И горьковчане осуществили это дерзкое намерение: создали на Земле искусственную Луну. Она должна была корректировать измерения радиоизлучения, принимаемого от естественной Луны. Это была безумная идея, которая, однако, спасла проблему.
...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.
А в середине 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 показался черный пятиметровый диск. Это была искусственная Луна №1. Предназначалась она для измерения радиоизлучения на волнах в 1,6 сантиметра и 3,2 сантиметра. Ближе к морю на расстоянии 200 метров от радиотелескопа была установлена искусственная Луна №2, предназначенная для работы на волне 10 сантиметров.
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 и от нее. Затем вся процедура повторялась. Много раз в день. Каждый день в течение месяца. Затем последовали второй и третий месяцы.
Уравнение со многими неизвестными
В чем смысл этой процедуры? А в том, что, сравнивая излучение от настоящей Луны и ее двойника, используя искусственную Луну в качестве гири на своеобразных весах, ученые надеялись узнать вес «сметаны» – энергию лунного радиоизлучения без тары. Или, переходя от бытовой аналогии к более научной, такой метод помогает решить своего рода уравнение с двумя неизвестными, где х – радиоизлучение Луны, а у – космический и земной фон радиоизлучения. Сигнал от искусственной Луны известен, а главное, известно, что помехи при приеме сигналов искусственной и естественной лун почти одинаковы. Сравнивая оба сигнала, можно точно учесть помехи и таким путем надежно определить собственное радиоизлучение Луны.