Глазами физика. От края радуги к границе времени - Уолтер Левин

Была еще проблема коронного разряда – искрения высоковольтных проводов. Некоторое наше оборудование работало на очень высоком напряжении, а сильно разреженный воздух, давление в котором очень низкое, – идеальная среда для искрения проводов. Помните о жужжании, издаваемом высоковольтными линиями передач, о нем я упоминал в главе 7? Это и есть коронный разряд. Каждый физик-экспериментатор, имеющий дело с высоким напряжением, знает о вероятности коронного разряда. Я показываю примеры этих искр на своих лекциях. Там коронный разряд – зрелище красивое и веселое, но на огромной высоте в разреженном воздухе это настоящая катастрофа.

Для непрофессионалов объясняю: оборудование начинает работать с перебоями, и вы получаете так много электронных помех, что не можете выделить рентгеновские фотоны. Насколько серьезна эта проблема? Да она грандиозная! Вы вообще не получаете полезных данных в течение полета. Обычно она решается покрытием всех используемых в оборудовании высоковольтных проводов силиконовой изоляцией. Правда, некоторые исследователи делали это и все равно получали коронный разряд. Но наше тщательное тестирование и подготовка дали результаты. У нас ни разу не было коронных разрядов. Это лишь один из десятков сложных инженерных вопросов, связанных со строительством телескопов, – вот почему их изготовление столь дорого обходится.

Как же мы обнаруживали рентгеновское излучение, когда нам, несмотря на все трудности, все же удавалось вывести телескоп в верхние слои атмосферы? Ответ на этот вопрос не так уж прост, поэтому вам придется послушать мои объяснения. Начнем с того, что мы использовали специальный вид детектора (кристаллы йодида натрия), а не пропорциональные счетчики (заполненные газом), которые устанавливаются на ракетах, то есть приборы, способные обнаружить рентгеновские лучи с энергиями выше 15 кэВ. Когда рентгеновский фотон проникает в один из таких кристаллов, он может выбить электрон с его орбиты и передать ему свою энергию рентгеновского излучения (это называется фотоэлектрическим поглощением). Этот электрон, в свою очередь, создает в кристалле след из ионов, после чего останавливается. Когда ионы нейтрализуются, они высвобождают энергию – в основном в форме видимого света. Так получается вспышка света – в нее преобразуется энергия рентгеновского фотона. Чем выше энергия рентгеновских лучей, тем сильнее мигает световой индикатор. Мы использовали для обнаружения вспышек света и преобразования их в электрические импульсы фотоэлектронный умножитель (ФЭУ): чем ярче вспышка света, тем выше напряжение импульса.

Затем мы усиливали эти импульсы и отправляли их в дискриминатор, который измеряет напряжение электрических импульсов и сортирует их по величине, указывающей на энергетические уровни рентгеновского излучения. В те далекие дни мы регистрировали рентгеновское излучение только на пяти различных энергетических уровнях.

Чтобы получить запись обнаружений излучения после полета аэростата, мы регистрировали их в полете с указанием уровня энергии и времени обнаружения. Мы подсоединяли дискриминатор так, чтобы он направлял эти упорядоченные импульсы на светодиоды, которые создавали картинку огней, мигающих на пяти разных энергетических уровнях. И фотографировали эти мигающие огни непрерывно работающей камерой.

Если свет был, он оставлял на пленке след. В целом пленка наблюдения выглядела как ряд штрихов и линий, полосок и черточек. Вернувшись в МТИ, мы «читали» ее с помощью специального устройства, разработанного Джорджем Кларком. Этот прибор преобразовывал линии и черточки в перфоленту – бумажную ленту с отверстиями. Затем мы расшифровывали эти перфоленты с помощью светочувствительных диодов и записывали полученные данные на магнитную ленту. Мы даже написали специальную компьютерную программу на языке Fortran (я понимаю, как доисторически это сейчас звучит) и использовали ее для считывания информации с магнитной ленты в память компьютера, который – наконец-то! – выдавал данные о рентгеновском излучении в пяти различных энергетических каналах.

Я знаю, что все это, скорее всего, покажется вам на редкость заумным. Но только подумайте, какая перед нами стояла задача! Мы пытались измерить скорость счета (количество рентгеновских лучей в секунду) и уровни энергии рентгеновских фотонов, а также определить местонахождение источника, испускающего эти фотоны, которые на протяжении тысяч лет со скоростью света распространялись по всей галактике, разрежаясь с каждым участком пройденного расстояния. И в отличие от стабильного оптического телескопа, система управления которым способна удерживать его наведенным на одно и то же место в течение многих часов и возвращать на это место ночь за ночью, мы могли воспользоваться только конкретно определенным периодом времени (чаще всего не более одного раза в год) – всегда в те считаные часы, когда хрупкий аэростат возносил тяжеленный телескоп на много километров над поверхностью земли.

После успешного запуска аэростата я, как правило, следовал за ним в небольшом самолете, держа шар в поле зрения (в дневное время – не ночью) на высоте 1,5–3 километра. Можете себе представить, на что были похожи эти многочасовые полеты. Я человек немаленького роста. В этих крохотных четырехместных самолетах летать было страшно неудобно, особенно если находишься в воздухе восемь, десять, а то и двенадцать часов подряд. В довершение всего все время, пока шар был в воздухе, я ужасно нервничал: вдруг что-то пойдет не так. Расслабиться удавалось только после того, как в руках оказывались нужные данные.

Аэростат был настолько огромным, что даже на высоте почти 45 километров при ярком солнечном свете его, как правило, было отлично видно. После запуска мы могли следить за ним довольно долго с помощью радара – до тех пор, пока это не становилось невозможным из-за линии изгиба Земли. Поэтому мы оснастили шар радиопередатчиком и по ночам переходили на слежение исключительно с помощью радиомаяка. Мы постоянно оповещали население о проводящихся исследованиях, размещая статьи о запуске в местных газетах, но наши воздушные шары могли дрейфовать на сотни километров, и мы получали сотни сообщений о НЛО. Это было забавно, но вполне объяснимо. А что еще должны были думать люди, заметив в небе нечто неопределенного размера? Для них это действительно был неопознанный летающий объект.

Стоит отметить, что, несмотря на все наши прогнозы погоды и тщательное планирование, даже на этапе разворота ветры, дующие на высоте 45 километров, оказывались крайне ненадежными. Однажды в Австралии мы ожидали, что аэростат полетит из Элис-Спрингс на север, а он вместо этого направился прямиком на юг. Мы наблюдали за ним до захода солнца и всю ночь с помощью радиосвязи. К утру шар слишком приблизился к Мельбурну, а нам не разрешалось входить в воздушное пространство между Сиднеем и Мельбурном. Конечно, никто не собирался его сбивать, но мы обязаны были что-то предпринять. Когда своенравный аэростат почти достиг запрещенной зоны воздушного пространства, нам, хоть и с огромной неохотой, пришлось отдать радиокоманду об отделении экспериментального оборудования от шара. Отделение телескопа повреждало аэростат: он не выдерживал мощной ударной волны вследствие резкого катапультирования тяжелого оборудования. Телескоп начинал падать, парашют раскрывался (кроме того случая в 1980 году), и аппаратура в медленном полете благополучно возвращалась на землю. Огромные куски воздушного шара тоже падали вниз, как правило, в радиусе пяти километров. Рано или поздно это случалось с каждым запущенным аэростатом, и это всегда было очень грустно (хотя неизбежно и необходимо), потому что нам приходилось прерывать миссию, останавливая поступление данных. А нам, понятно, хотелось, чтобы телескоп находился на высоте как можно дольше. В те дни мы остро нуждались в полученной с его помощью информации – она была нашей самой желанной целью.

Спасательные работы в пустыне: Джек по прозвищу Кенгуру

Чтобы смягчить посадку телескопа, мы устанавливали на его нижней части картонные амортизаторы. Если дело происходило днем и мы поддерживали визуальный контакт с аэростатом, который прекращался сразу после того, как посылалась команда об отделении оборудования, то вскоре замечали парашют и делали все возможное, чтобы следовать за ним по пятам, нарезая круги на своем самолетике. А когда телескоп приземлялся, мы как можно точнее отмечали его местоположение на очень подробной карте.

И тут начиналось самое интересное. Мы находились в самолете, и у нас перед глазами было экспериментальное оборудование со всеми собранными им данными, кульминацией многолетнего труда; оно лежало на земле, под нами, почти в пределах досягаемости, но мы же не могли просто приземлиться посередине пустыни и забрать его! Оставалось одно – привлечь внимание местных жителей, что мы обычно и делали, летая над нужным домом на очень небольшой высоте. Дома в пустыне располагались довольно далеко друг от друга. Все местные жители знали, что означает низколетящий самолет и, как правило, выходили из дома и махали нам, подтверждая принятый сигнал. А мы приземлялись на ближайшем аэродроме (не следует путать с аэропортом) в пустыне и ждали, пока кто-нибудь объявится.