Космические сыщики
Шрифт:
Сергей Петрович Капица (1928–2012) – известный советский физик, профессор МФТИ, ведущий знаменитой научно-популярной телепередачи «Очевидное – невероятное». Лауреат Государственной премии СССР (1980). Сын П. Л. Капицы.
Роберт Холли (1922–1993) – известный американский биохимик. Вместе с Харом Корана и Маршаллом Ниренбергом лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1968) «за расшифровку генетического кода».
Хар Корана (1922–2011) – известный американский и индийский биолог. Вместе с Робертом Холли и Маршаллом Ниренбергом лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1968) «за расшифровку генетического кода».
Маршалл Ниренберг (1927–2010) – известный американский биохимик и генетик.
Людмила Георгиевна Карачкина (р. 1948) – известный крымский астроном, открыватель 130 новых астероидов. Назвала три астероида в честь Георгия Гамова, Петра Капицы и Сергея Капицы.
Сказка о телефонистах Пензиасе и Вильсоне, расслышавших шёпот космоса
– Как хорошо, что вы долго у нас гостите! – воскликнула Галатея сразу после ужина.
– Намёк поняла, – кивнула Никки. – Завтра я уезжаю, но сегодня успею рассказать об очень интересном событии в истории науки. И начну свою историю с вокзала.
Когда группа детей отправляется в заграничное путешествие, то обычно на перроне царят весёлый шум, напутствия от многочисленных взволнованных родителей и общая атмосфера ветра странствий. Однако в этот раз на железнодорожном вокзале собрались дети без сопровождающих взрослых. У каждого в руках был чемоданчик с вещами и одной фотографией, а в кармане – скромная сумма денег в десять немецких марок. Ни игрушек, ни книжек, ни родителей. Запрещено!
Среди детей и подростков стоял шестилетний мальчик, который без мамы и папы чувствовал себя совершенно потерянным. Его звали Арно, и он не понимал, почему в такую дальнюю поездку на поезде – а потом ещё на пароходе! – он должен ехать один, среди незнакомых детей, растерянных не меньше его.
Дело в том, что в 1933 году – год рождения Арно – к власти в Германии пришли нацисты, которые не отличались человеколюбием, – и особенно они не любили евреев. Мальчик Арно, родившийся в еврейской семье в немецком городе Мюнхене, рос – и с ним с каждым годом рос антисемитизм нацистов. Когда мальчику исполнилось два года, его вместе с другими евреями лишили права на гражданство Германии. Мальчику исполнилось пять лет, когда ночь с 9 на 10 ноября 1938 года стала «Хрустальной ночью» – в Германии начались еврейские погромы, после чего на следующий день городские тротуары были усыпаны осколками стекла от разбитых витрин магазинов.
В эти трагические дни и началась уникальная международная операция по спасению еврейских детей из Германии, Австрии, Польши и Чехословакии. Была создана «Организация детей-беженцев», которая добилась от Великобритании разрешения на пересечение британской границы детьми без виз и родителей. Нацисты согласились выпустить детей из Германии, но запретили использовать немецкие порты. Поэтому дети выезжали поездами в нейтральную Голландию, а затем на паромах отправлялись в Англию. Нацисты составили список немногочисленных вещей, которые могли взять с собой маленькие беженцы, и, кроме того, запретили родителям провожать их на вокзальных перронах.
Первый пароход с детьми-беженцами прибыл в английский порт Харвич 2 декабря 1938 года. За девять месяцев, оставшихся до начала Второй мировой войны (1 сентября 1939 года), в Британию было вывезено около 10 000 детей. Именно таким ребенком-беженцем был Арно Пензиас, которого в шестилетнем возрасте вывезли из Германии в рамках операции «Киндертранспорт» («Детский транспорт»).
Обычно спасённые дети попадали в новые семьи, к опекунам. Немногие смогли увидеть своих родителей после войны, потому что огромное количество еврейских семей в Европе было уничтожено нацистами, озверевшими в ходе катастрофической для них войны. Арно повезло – его разлука с мамой и папой оказалась недолгой: спустя несколько недель после отъезда мальчика в Британию родители сумели сами бежать из Германии, и семья воссоединилась. Надо ли объяснять, какой радостной была эта встреча, особенно на фоне трагических событий тех лет.
Арно с родителями поселился в США, где вырос и закончил Колумбийский университет. В 1961 году, за год до защиты диссертации, молодой человек стал работать научным сотрудником в лаборатории компании «Белл» (Bell Telephone Laboratories). В те годы компания «Белл» специализировалась в области телефонной и радиосвязи, активно работала с NASA над проектом «Эхо» – запуском в космос двух спутников, которые представляли собой надутые шары из металлизированной плёнки: один – диаметром в 30,5 метров, другой – в 41 метр. Эти огромные шары использовались для космической связи как пассивные отражатели радиоволн. Передающая станция с Земли посылала в направлении спутника-баллона радиоволну; она отражалась от него и улавливалась чувствительной приёмной антенной, сделанной в виде огромного рупора и установленной в другой точке Земли. Хотя возможность передачи радиосигнала этим способом была подтверждена, более перспективными оказались активные спутники-ретрансляторы, которые улавливали сигнал с Земли, значительно его усиливали и снова отправляли вниз. Спутник-ретранслятор «Телстар» был создан в лаборатории «Белл». Для приёма сигнала с него использовалась антенна-рупор, напоминавшая лежащий на земле огромный рог. После успешного завершения экспериментов с «Телстаром» антенна больше не использовалась.
Пензиас предложил руководству лаборатории «Белл» модифицировать антенну для радиоастрономических наблюдений. Руководство согласилось.
Весной 1963 года к Пензиасу присоединился американский физик Роберт Вильсон, выходец из Техаса.
Вместе они стали превращать антенну-рупор в сверхчувствительный инструмент для радиоастрономических наблюдений.
С самого начала Пензиас и Вильсон знали, что в антенне есть заметный дефект – она «шумела», то есть ловила непонятный радиошум. Инженеры, которые прежде работали на ней и регистрировали сигналы спутников, пытались избавиться от помех, но у них ничего не получалось.
Пензиасу и Вильсону тоже мешал этот постоянный шум в антенне, не связанный с каким-либо известным фактором. Сначала они рассмотрели все возможные причины шума – например, воздействие радиоизлучения огромного города Нью-Йорка, расположенного неподалёку. Однако все известные источники радиошума располагались в определённых направлениях, а таинственный шум шёл отовсюду.
За 1964 год учёные безуспешно испробовали самые разные варианты избавления от шума, включая очистку антенны от голубиного помёта, который авторы научной статьи деликатно назвали «белым диэлектрическим веществом», а также изгнание самих голубей.
Ничего не помогало! Антенна упорно регистрировала шум, который соответствовал радиоизлучению чёрного тела с температурой в 3,5 градуса Кельвина.
– Что это значит? – спросила Галатея.
– Как мы уже узнали из другой сказки, Планк вывел универсальную формулу излучения тела в зависимости от его температуры. Во-первых, эта формула задавала вид спектра тела – то есть зависимость интенсивности его свечения от длины волны. Планковский спектр описывался плавной кривой с одним «горбом», или максимумом, на определённой длине волны. Во-вторых, из этой формулы следовало, что при нагреве тела интенсивность свечения росла и одновременно максимум спектра смещался в сторону коротких волн. Умеренно нагретый кусок металла или холодная звезда слабо светятся красным, нагретые сильнее – жёлтым, а самые горячие звёзды оказываются самыми яркими и голубыми. Верно и обратное: если тело остужать, его спектр смещается в длинные волны: сначала до инфракрасного излучения, а потом до радиодиапазона. Радиоизлучение с температурой в 3,5 градуса по Кельвину означает, что такие радиоволны может излучать тело, имеющее температуру минус 270 градусов по Цельсию.