Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас
Шрифт:
Но и после коррекции траектории напряжение не ослабевало. Космонавты должны были перейти из лунного модуля в командный — приготовить свою «спасательную шлюпку» к приземлению. Однако никто не знал, уцелел ли после взрыва теплозащитный экран, который должен был защищать входящий в атмосферу Земли модуль. Вот тут-то на сцену и выступает ударная волна.
Экипаж прекрасно понимал: командный модуль будет нестись к Земле на огромной — 40 000 км/ч — скорости в сопровождении мощной головной ударной волны. Давление повысится настолько, что воздух разогреется до +2 700° С. Понимали космонавты и то, что при такой температуре воздух из газообразного состояния перейдет в плазменное. То есть до такой степени раскалится, что от электронных
Огненная головная ударная волна, мчащаяся впереди командного модуля, наглядно демонстрировала то, какими неистовыми ударные волны бывают, меняя среду, в которой распространяются, до неузнаваемости.
И космонавты, и специалисты из Центра управления полетами отдавали себе отчет в том, что свободные электроны в плазме станут отличными проводниками электрического тока и преградят путь электромагнитным волнам, посредством которых поддерживалась связь с модулем во время прохождения им слоев атмосферы уже на обратном пути. Проще говоря, это значило, что радиосвязь с модулем прервется минуты на три.
Не было никакой информации о том, в каком состоянии находится теплозащитный экран, от которого зависела жизнь космонавтов. Поврежден он или уцелел? Выдержит ли напор крайне высоких температур ударной волны?
Командный модуль вошел в верхние слои атмосферы; воздух под давлением ударной волны стал переходить в преграждавшую распространение электромагнитных волн плазму. Связь между «Одиссеем» и Центром управления полетами оборвалась; ведущие новостных программ пояснили замершим у телеэкранов зрителям, что теперь уже ничего поделать нельзя, остается только ждать.
Спустя три минуты Центр управления полетами попытался связаться с модулем: «Одиссей», это Хьюстон. Как слышите? Прием». Ответа не последовало.
Три минуты, четыре… Радиосигнала от космонавтов по-прежнему не было.
Над ожидаемым местом приводнения — к юго-востоку от островов Американского Самоа в Тихом океане — кружили поисково-спасательные вертолеты. Все диспетчеры в пункте управления Космического центра имени Линдона Джонсона неотрывно следили за стрелками своих секундомеров. Спустя четыре с половиной минуты кое-кто в пункте управления уже потерял надежду.
Вдруг раздался треск статического напряжения — по радиосвязи зазвучал голос пилота Джона Суайгерта. И весь мир с облегчением выдохнул.
Однако в фильме Рона Ховарда «Аполлон-13» эта пауза, которая на экране для большего драматического эффекта зачастую продлевается, была сокращена — время прерывания радиосвязи, вызванного ударными волнами, урезали. Не было никакой необходимости тянуть ее для нагнетания напряжения — действительность превзошла самые смелые фантазии Голливуда.
И все же без художественных преувеличений в сценарии не обошлось. «Привет, Хьюстон. Это «Одиссей», — говорит Суайгерт в фильме; оркестр в это время играет бодрую, оптимистичную музыку. — Рад снова вас слышать». Хотя на деле прозвучавшая
Похоже, я позаботился о дурной славе ударных волн. Однако то разрушительное воздействие, какое они оказывают на среду распространения, можно обернуть во благо. Особенно в том случае, если вы страдаете от камней в почках.
Дистанционная ударно-волновая литотрипсия — медицинский термин, обозначающий использование ударных волн для безоперационного дробления твердых конкрементов в почках. Пациента укладывают на особым образом устроенную кушетку, к которой подведен генератор ударных волн — он фокусирует высокоинтенсивные звуковые волны на почечном камне. В основе эффективности процедуры лежит тот факт, что большая часть энергии ударных волн поглощается телом в тех участках, где плотность сред резко меняется. Когда волны переходят из мягких тканей почки в твердый камень и выходят с его противоположной стороны, они вызывают в структурах камня напряжение. Это самое напряжение его и разрушает. Часовой процедуры, в ходе которой аппарат испускает до восьми тысяч ударных волн, достаточно для того, чтобы раздробить камень средних размеров — от 6 до 12 мм в поперечнике — на мелкие частицы, выводимые с мочой. Красота, да и только!
Чтобы избежать при литотрипсии неблагоприятного воздействия на костные и хрящевые ткани, ударные волны концентрируют на определенном участке. И тут уже используют волны менее агрессивной природы. Врач определяет точное местоположение почечного камня с помощью ультразвукового аппарата или работающего в режиме реального времени рентгеновского сканера — ни в одном из них ударные волны не применяются. Ультразвуковой сканер формирует картинку, испуская безвредные высокочастотные акустические волны и прислушиваясь к эху, которое отражается — очень похоже на принцип действия гидроакустического комплекса подводной лодки. (Представьте, будто почечный камень — подводная мина, которую вот-вот торпедируют ударные волны.) Рентгеновский сканер, называемый рентгеноскопом, испускает высокочастотные электромагнитные волны низкой интенсивности, которые проходят через пациента. Твердые объекты, такие как почечные камни, поглощают рентгеновские лучи в большем объеме, нежели мягкие ткани, поэтому обнаруживаются по акустической тени.
Если брать планетарные масштабы, то Земля также содержит в себе твердое «тело», окруженное более мягкой «тканью». Выройте ямку глубиной примерно в 5 000 км — это где-то три четверти пути до центра Земли, — и вы на него наткнетесь.
О строении Земли нам известны удивительные вещи. Внешний слой состоит из твердой земной коры, примерно 30 км толщиной; за ней идет верхняя мантия — слой твердых пород, который уходит на глубину около 60 км, за верхней мантией — мантия из очень вязкого вещества. На глубине без малого 3 000 км начинается внешнее ядро — слой из расплавленного железа и никеля; считается, что потоки внутри них обусловливают земной магнетизм. Прямо посреди этой жидкости располагается твердое внутреннее ядро около 2 500 км в поперечнике. Это почти три четверти диаметра Луны; внутреннее ядро состоит из твердого железа и никеля (а вовсе не сыра, как когда-то думали про Луну).
Но откуда мы все это знаем, если до сих пор забирались не глубже 12,3 км? (Скважину именно такой глубины пробурили русские на Кольском полуострове.) От ударных волн — тех, что вызываются землетрясениями.
Всемирная стандартизированная сейсмологическая сеть станций, создание которой завершилось в 1961 году, представляет собой глобальную систему измерительных устройств, улавливающих раскаты ударных волн от ядерных взрывов. Эта сеть должна была обеспечивать выполнение Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, заключенного в 1963 году между США, Британией и СССР. Согласно этому договору, запрещались любые наземные испытания ядерного оружия.