Текст книги "В погоне за Солнцем"

Часть шестая
Солнце и будущее

Этот причудливый рисунок украшал титульный лист рукописи XVII века De thermis (“О температурах”). Солнце выглядит подобающе задумчивым (NOAA Library Collection)

Глава 29
За горизонтом

Некоторые считают, что солнечные исследования в целом исчерпали себя. В действительности же они только начинаются.

Джордж Эллери Хейл, 1893 год[869]869
  Письмо Хейла к Х. М. Гудману от 5 марта 1893 года, цит. в: H. Wright, Explorer of the Universe: A Biography of George Ellery Hale. New York: Dutton, 1966. Р. 102.


[Закрыть]

Если ты не можешь объяснить что-то шестилетнему ребенку, то ты сам этого не понимаешь.

Альберт Эйнштейн, 1929 год[870]870
  Цит. в: The Week (австралийское издание). 2010. 10 апреля. Существует целая индустрия, производящая фальшивые эйнштейновские цитаты, но именно эта производит впечатление настоящей.


[Закрыть]

Осенью 1930-го лорд Ротшильд давал обед, небывало торжественный даже по его меркам, в “Савой-отеле” в честь восточноевропейских евреев, бежавших в Британию из своих родных краев, становящихся все менее безопасными. Ведущим церемонии был Джордж Бернард Шоу, который мастерски представил почетного гостя: “Птолемей создал вселенную, которая просуществовала тысячу четыреста лет. Ньютон создал следующую вселенную, которая просуществовала триста лет. Эйнштейновская вселенная, как, я полагаю, вы все хотите услышать, будет существовать вечно, но я не знаю, сколько она просуществует”. Почетный гость громко рассмеялся, а когда пришло время ответной речи, упрекнул Шоу за упоминание “мифического тезки, который так осложняет ему жизнь”[871]871
  См.: Thomas Levenson, Einstein’s Gift for Simplicity. Discover magazine. 2004. 30 сентября, http://discovermagazine.com/2004/sep/einsteins-gift-for-simplicity


[Закрыть].

Вселенная, которую открыл Эйнштейн, существует уже более ста лет. Ее началом следует считать 1905-й, когда менее чем за год ученый написал четыре статьи, перевернувшие научный пейзаж. Первая из них, вышедшая в свет через три дня после его двадцатишестилетия, закладывала основы квантовой механики. Вторая направляла развитие ядерной и статистической физики. Оставшиеся две вводили теорию, позднее названную специальной теорией относительности, общая теория относительности последовала в 1915 году. Эти работы произвели революцию в нашем понимании природы гравитации, распространения света, концепций времени и пространства. Сколько еще продержится вселенная Эйнштейна, неизвестно, в 2005 году газета New York Times процитировала одного физика, прогноз которого звучал так: “Направление инвестиций указывает – что-то должно произойти, общая теория относительности не протянет еще две сотни лет”[872]872
  Dennis Overbye, The Next Einstein? Applicants Would Be Welcome. The New York Times. 2005. 1 марта. F4.


[Закрыть]. Начало конца может скрываться в теории, возникшей еще до работ Эйнштейна 1905 и 1915 годов, – в квантовой механике, которая в числе прочего способствовала появлению абсолютно нового подхода к изучению солнечной энергии.

Новое мышление в физике началось за пять лет до эйнштейновского annus mirabilis, когда великий немецкий физик Макс Планк предположил, что любая энергия излучается в дискретных единицах, которые он назвал квантами (от лат. quantus – сколько). Как сформулировал Георгий Гамов, это было словно “можно выпить либо пинту пива, либо ничего, но не какой-то промежуточный объем”. Многие физики способствовали разработке этого неожиданного озарения, которое переопределило саму природу энергии, среди них Нильс Бор, Эрвин Шредингер, Вольфганг Паули, Макс Борн и Вернер Гейзенберг.

Подобно тому как эйнштейнова общая теория относительности применялась к взаимодействиям крупнейших объектов вселенной, квантовая механика описывала происходящее на атомном и субатомном уровнях, где явления полностью расходятся с нашим повседневным опытом. Например, квантовая частица (скажем, фотон – частица, не обладающая ни массой, ни зарядом) настолько невещественна, что способна перемещаться из одного пункта в другой без движения через промежуточное пространство: она просто перестает существовать в одном пункте, одновременно возникая в другом, – квантовый скачок. Это противоречит здравому смыслу: естественно предположить, что для перемещения из пункта A в расположенный на некотором расстоянии пункт C необходимо пройти сквозь нечто. Известно, как Нильс Бор ответил своему копенгагенскому студенту, который пожаловался на головокружение от квантовой механики: “Если кто-то скажет, что может размышлять о квантовых задачах без головокружения, это будет означать, что он ничего в них не понимает”[873]873
  Ruth Moore, Niels Bohr. Cambridge, Mass.: MIT Press, 1985. Р. 127.


[Закрыть]. Брайан Кэткарт приходит на помощь:

Техника Планка имела существенный недостаток: она работала только в том случае, если вы отказывались от важной составляющей классических законов физики – принципа непрерывности. Этот принцип работает и на кухне: молоко “непрерывно” в том смысле, что любое требуемое количество может быть отмерено и добавлено при готовке, в то время как яйца “дискретны” – только извращенная кулинарная книга будет требовать взять четверть яйца… Это стало первым намеком на пределы чувственного восприятия: законы физики, применяемые в наблюдаемом мире, могут и не действовать на атомном уровне[874]874
  Brian Cathcart, The Fly in the Cathedral: How a Group of Cambridge Scientists Won the International Race to Split the Atom. New York: Farrar, Straus, and Giroux, 2005. Р. 70 (Борис Качка, биограф Роджера Страуса, говорил мне, что он “уже сбился со счета, сколько раз люди называли Страуса the Sun King).


[Закрыть].

Эти законы было не так просто принять. Совсем недавно, в 1999 году, на одной физической конференции был проведен опрос о квантовой механике. Из девяноста опрошенных только четверо ответили, что принимают стандартную интерпретацию, вытекающую из постулатов Бора – Планка, а целых пятьдесят отметили галочкой вариант “Ничто из вышеперечисленного, затрудняюсь ответить”. Но квантовая теория работала тогда и работает сейчас: она объясняет и предсказывает явления, для которых нет других объяснений. Классическая физика является детерминистской: если A, то B; пуля, выпущенная в окно, разбивает стекло. В квантовом мире это будет истинно лишь в большинстве случаев. В квантовой физике возможны случаи, когда квантовые частицы, ведя себя не как частицы, а как волны, проходят сквозь силовое поле так, как если бы “пушечное ядро прошло нетронутым сквозь крепостную стену”[875]875
  См.: Manjit Kumar, Quantum: Einstein, Bohr, and the Great Debate About the Nature of Reality. New York: Norton, 2010.


[Закрыть]– явление, получившее название “туннельный эффект”. Это было продемонстрировано важнейшим экспериментом, проведенным в 1909 году: радиоактивные элементы испускали частицы, на пути которых помещалась тонкая пластина золотой фольги, и лишь очень незначительное их число отражалось от пластины – Резерфорд назвал это явление таким же невероятным, “как если бы вы выстрелили по листу папиросной бумаги пятнадцатидюймовым снарядом, и он бы отразился”[876]876
  Timothy Ferris, Coming of Age in the Milky Way. New York: Anchor, 1989. Р. 262.


[Закрыть]. За следующие сорок лет ученые прошли путь от начального знания о протонах и нейтронах, составляющих атомное ядро, до понимания основ термоядерного синтеза, на котором работает Солнце. Этот процесс может объяснить только квантовая физика, в рамках классический физики синтез атомных ядер невозможен, потому что все ядра несут положительный заряд и, соответственно, отталкиваются друг от друга. Как сказал один крупный физик, “согласно классической физике две частицы с одинаковым зарядом будут отталкивать друг друга, как если бы они чувствовали друг у друга плохой запах изо рта”[877]877
  См.: Elizabeth Kolbert, Crash Course. The New Yorker. 2007. 14 мая.


[Закрыть]. Классическая физика отрицает возможность того, что два протона внутри звезды могут достичь такой скорости, чтобы, прорвав электромагнитные поля друг друга, слиться в единое ядро. Но туннельный эффект позволяет протонам преодолевать барьер электромагнитного отталкивания. В условиях высокой температуры и плотности – результат гравитации солнечной массы – протоны преодолевают обычные силы отталкивания и сливаются, образуя стабильные ядра гелия, а избыток массы переходит в излучаемую энергию. И вот перед нами вовсю сияет Солнце – живое доказательство несовершенства классической физики.

После того как квантовая теория получила широкое признание, было открыто так много различных частиц, что физикам теперь приходится заглядывать в специальную “Памятку о свойствах квантовых частиц” (Particle Properties Data Handbook), а обычные люди развлекаются тем, что носят футболки со смешными надписями наподобие знаменитой Protons have mass? I didn’t even know they were Catholic”[878]878
  Непереводимая игра слов, основанная на том, что в английском языке используется одно слово для мессы и массы: “У протонов есть масса? Я даже не знал, что они католики”.


[Закрыть]. Была составлена таблица из шестнадцати элементарных частиц, двенадцать из которых относились к материи (и назывались фермионами), а четыре (бозоны) были носителями взаимодействий между частицами. Фермионы, эти базовые кирпичики материи, делятся на лептоны (от греч. λεπτός – легкий), или кварки[879]879
  Это слово было позаимствовано из повести Джеймса Джойса “Поминки по Финнегану” физиком из Калтеха Мюрреем Гелл-Манном, который и заложил основы теории, приведшей к открытию загадочных частиц. Вместо “трех кварт для мистера Марка” пьяная чайка в повести требует “три кварка для мюстера Марка”: поскольку первоначально постулировались именно три кварка, в этом чувствовалось некоторое сближение. Так кварки в целом попали в вечность, хотя их представители живут очень мало – долгожителями считаются те, что прожили около 10^–24 с.


[Закрыть].

Кварки никогда не встречаются изолированно, только группами по три (барионы) или по два (мезоны); вообще кварки в связанном состоянии относятся к группе адронов. Более сложные объекты – протоны, нейтроны, атомы, молекулы, здания и люди – в основном состоят из фермионов. “Если бы я мог запомнить названия всех этих частиц, я бы стал ботаником”, – жаловался Энрико Ферми, даром что самая большая группа частиц носит его имя. К фермионам также относится частица нейтрино, которая известна крайне слабым взаимодействием с остальными частицами, что делает ее очень сложной для обнаружения – триллионы нейтрино ежесекудно проносится сквозь наши тела. Известный исследователь нейтрино Джон Бэколл называл такие цифры: “Солнечное нейтрино, проходящее Землю насквозь, имеет менее одного шанса на тысячу миллиардов наткнуться на земное вещество… Около сотни миллиардов солнечных нейтрино проходят сквозь ноготь вашего большого пальца каждую секунду, не привлекая ни малейшего вашего внимания”[880]880
  John N. Bahcall, How the Sun Shines, www.nobelprize.org/noble_prizes/physics/ articles/fusion/index.html. 2000. 29 июня.


[Закрыть]. Джон Апдайк сочинил:

 
Частички нейтрино,
Капризные дети,
Чему вы подвластны,
Чего вы хотите?
Заряда не нужно,
Не нужно вам массы,
Сквозь нашу планету
Идете бесстрастно[881]881
  Там же. По иронии судьбы, решение проблемы нейтрино было объявлено год спустя.


[Закрыть].
 

Последними обнаруженными квантовыми частицами стали W– и Z-бозоны в 1983 году, затем t-кварк (он же топ-кварк и истинный кварк) в 1995-м и тау-нейтрино в 2000-м, так что субъядерный мир все еще пребывает в процессе открытия[882]882
  В этом дивном новом мире было неоднократно показано, как рассыпаются в прах привычные ожидания об устройстве нашего мира на сверхмикроскопическом уровне фотонов (крошечных сущностей, составляющих луч света). Так, уже никого сильно не удивило, когда в 1970-х было выдвинуто предположение о теоретической возможности “медленного стекла”, через которое свет проходил бы месяцы или даже годы. Если свет тратил бы год на прохождение такого стекла, это бы значило, что все происходящее по одну его сторону станет видно по другую только через год.
  “Медленное стекло”, которое будет создано из сложной формы плазмы, еще не стало реальностью, но скоро ею станет. В 1999 году Роуландовский научный институт в Гарварде смог снизить скорость света ниже отметки в 1 м/c. Как прокомментировал это достижение историк науки Брайн Клэгг, “если скорость света поддается контролю, то же самое относится и к самой реальности. Сейчас делается невероятная научная работа, которая сделает возможными такие технические чудеса, как “медленное стекло”… и это всего за несколько лет превратит свет в самую увлекательную область в науке”. Цит. в: Kolbert, Crash Course.


[Закрыть].

Со времен Галилея мы все больше узнаем о форме Солнца, его размере, вращении и пятнах, массе и плотности, характере движения. Мы научились измерять его возраст и записывать его инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, радиоктивные выбросы, циклы активности, протуберанцы и хромосферу, корону, химический состав, спектр поглощения и спектр излучения, радиоволны, рентгеновское излучение, нейтринное излучение, корональные дыры и колебание всего светила как небесного тела. Несмотря на этот обширный список, к нашему вящему смирению, многие элементарные солнечные процессы только сейчас проясняются: как генерируется его магнитное поле, как нагревается атмосфера, почему из Солнца вырываются языки пламени, хотя сама звезда не горит. А некоторые процессы до сих пор не поддаются объяснению. Что создает корону, почему она нагревается до таких высоких температур? Почему меняются солнечные магнитные полюса? Где зарождается солнечный ветер и как далеко он распространяется? Как можно защититься от солнечного магнетизма? Даже природа солнечных пятен до сих пор не совсем ясна. Нам еще предстоит долгая дорога.

Три уровня исследований стремятся ответить на эти вопросы, и слово “уровни” здесь вполне буквально – на уровне земли, небес и под землей; вместе они образуют тройственную структуру этой главы.

Ученые сходятся в том, что Солнце работает на термоядерных реакциях, которые сплавляют легкие элементы в более тяжелые, преобразуя массу в энергию. Продемонстрировать истинность этого предположения, впрочем, достаточно сложно, поскольку ядерная горелка находится глубоко внутри звезды и традиционные инструменты фиксируют только испускаемые внешними слоями частицы[883]883
  Brian Clegg, Light Years. London: Piatkus, 2001. Р. 3.


[Закрыть]. 97 % этой энергии состоят из фотонов, а 3 % вырываются наружу в форме двухсот триллионов триллионов триллионов нейтрино каждую секунду. Именно анализ нейтрино дает нам лучший метод изучения действия термоядерной реакции, поскольку они превосходят числом все прочие частицы в соотношении миллиард к одному.

Нейтрино крайне сложно зарегистрировать – у них мизерная масса (долго считалось, что ее вообще нет), они путешествуют со скоростью света и в процессе меняют свойства. Вольфганг Паули признавался: “Я сделал ужасную ошибку. Я постулировал частицу, которую нельзя обнаружить”. Апдайк дополнял: “Сквозь нашу планету идете бесстрастно. / Что газ вам тончайший, / Что толстые стены”. Нейтрино проходят сквозь обычную материю (не только человеческие тела, но и сам земной шар), словно она прозрачна, для них все сродни вакууму. Только в конце 1960-х была выработана идеальная конструкция – Рэймонд Дэвич и Джон Бэколл создали детектор нейтрино из заброшенной шахты под городом Лид, штат Южная Дакота: огромная цистерна, которая находится на глубине 1,5 км под землей, наполненная почти 400 тыс. л тетрахлорэтилена – простой чистящей жидкости, крайне чувствительной к нейтрино, каждое из которых, реагируя с хлорином, производит радиоактивный изотоп аргона. Это может работать только под землей, поскольку детектор должен быть экранирован от беспрерывного ливня других субъядерных частиц, многие из которых произошли вне солнечной системы.

Детектор нейтрино сооружен почти в километре под землей в заброшенной шахте в Японии. Гигантский резервуар из нержавеющей стали, 40 м в высоту и в ширину заполнен 50 тыс. т воды высокой очистки. Стенки резервуара усеяны 13 тыс. световых датчиков, призванных улавливать вспышки, которые производят электроны, образующиеся в результате столкновения нейтрино с водой. Такова по необходимости сложная методика исследования работы Солнца (Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo)

Около двадцати раз в день нейтрино сталкиваются с нейтроном, создавая небольшую вспышку. Сеть из 9600 фотоуловителей, покрывающих сосуд, улавливает вспышку, которая затем анализируется на предмет получения данных о нейтрино, вызвавшем вспышку. Именно так Бэколл сделал свое открытие, прозванное “проблемой нейтрино”. Дело в том, что Земли достигает очень незначительное число нейтрино – между одной третью и половиной ожидаемого количества. Достаточно сложно придумать объяснение для такой недостачи. Где же остальные? Неужели ошибка в расчетах? Бэколл писал: “Самая образная идея [заключалась в том, что] нейтрино имели двойную природу… Эту необычную гипотезу будет трудно проверить, но от нее не так легко отмахнуться”[884]884
  См.: John N. Bahcall, Neutrinos from the Sun. Scientific American. Vol. 221. 1969. № 1. Июль.


[Закрыть]. Он пошел дальше, заявив, что самое впечатляющее решение предложил Стивен Хокинг: солнечное ядро должно содержать небольшую черную дыру.

Эта проблема действительно беспокоила физиков, астрофизиков и космологов все последующие тридцать лет (дополнительно усложняет ситуацию то, что у нейтрино только одна ориентация – они вращаются во время движения, но только в обратную сторону относительно направления движения, как левосторонние штопоры. Многолетний редактор журнала Nature Джон Мэддокс вопрошал: “Что такого в нашем мире, что он подходит только левосторонним нейтрино?”)[885]885
  Там же. Р. 28–37.


[Закрыть]. Было предложено много разнообразных решений проблемы, включая такие идеи: солярные модели неверны, температура и давление внутри Солнца значительно отличаются от тех показателей, которые приняты в существующей теории; термоядерные процессы в солнечном ядре могут временно прекращаться, а поскольку энергия доходит от ядра до внешних слоев за тысячи лет, эта пауза может проявиться через тысячу лет, но пока мы о ней не знаем.

В 2001 году появился ответ. Нейтрино за время путешествия к Земле могут меняться и принимать еще две формы, отличные от той, что встречается внутри Солнца, и недетектируемые старым оборудованием. Ученые предложили три вида: электронное нейтрино – солнечное, мюонное и тау-нейтрино (когда открыли мюонное нейтрино, один физик пошутил: “А это кто заказывал?”). В результате широкомасштабного статистического анализа было обнаружено, что около 35 % нейтрино, достигающих Земли, – это электронные нейтрино, остальные 65 % состоят из мюонных и тау-нейтрино. Теперь, когда все три типа можно было тщательно проследить, общее число нейтрино хорошо укладывалось в рамки более ранних предсказаний. Физика Солнца была отмщена. Как мне сказал один из ее представителей, “считалось, что мы тупые, потому что делаем что-то не то. Мы знали все о взаимодействии нейтрино с частицами, мы знали вообще все, так что если мы не могли проследить их движение от Солнца – ну, это была не проблема физики, а проблема физики Солнца, дескать, у этих ребят ничего не получается. Но все оказалось наоборот: у нас-то все было правильно”[886]886
  John Maddox, What Remains to be Discovered. New York: Free Press, 1998. Р. 86.


[Закрыть].

Тем не менее решение 2001 года остается лишь “лучшей теорией”, и кто скажет, будет ли оно подтверждено, и если будет, то когда! Одна из проблем заключается в том, что изучаемая материя микроскопически мала. Как говорил персонаж из пьесы Тома Стоппарда “Хэпгуд”, “когда все становится очень маленьким, это полное безумие, не представляешь, насколько маленьким все это может быть, тебе кажется, что знаешь, но на самом деле не знаешь… Каждый атом как собор”[887]887
  Профессор Марко Велли в интервью автору в лаборатории Jet Propulsion Lab 6 декабря 2007 года. Велли добавил с чувством: “Физика Солнца всегда оказывалась “между”, будучи субдисциплинарной субдисциплиной. Даже некоторые крупнейшие физики относились свысока к солнечным исследованиям”.


[Закрыть]. Еще один наблюдатель извне, из ненаучного мира, Билл Брайсон, начинает свою “Краткую историю почти всего на свете” жалобой на то, что протон “просто крайне мал… Крошечная точка над буквой i содержит их около 500 000 000 000 штук, что значительно больше числа секунд, составляющих полмиллиона лет”[888]888
  Редкая ошибка у Брайсона: должно быть не полмиллиона, а 15 тыс. лет: 60×60×24× 365×15 000 = 473 040 000 000. Брайсон Б. Краткая история почти всего на свете. М.: Гелиос, 2007. Пер. В. Михайлова.


[Закрыть]. Эта мысль оказывает ошеломляющий эффект – мельчайшая вещь на свете содержит в себе ключ к одной из самых крупных.

Но вернемся к происходящему в воздухе. Со времен Второй мировой развитие солнечной астрономии происходило такими быстрыми темпами, что открывающиеся горизонты поражали не меньше, чем приоткрывающееся субъядерное царство. На тот момент для приближения к Солнцу использовались ракеты. В 1920-х первые ракетные прототипы создавал Роберт Годдард (1882–1945), которого высмеивали со всех сторон; известно, что газета New York Times объявила Годдарда невежей, “не знающим того, что знают студенты университетов”, и издевательски назвала его эксперименты “дурью Годдарда”. Любые подобные попытки воспринимались как фантазии, место которым в кино или комиксах: считалось, что двигаться в вакууме невозможно, поскольку не от чего отталкиваться. Несмотря на это, 15 ноября 1936 года группа студентов Калтеха, известная под именем Suicide Squad (Отряд смертников), наскребла достаточное количество дешевых компонентов двигателя, чтобы имело смысл попытаться. Они отправились в Арройо-Секо, каньон у подножия горной цепи Сан-Габриэль, где и провели тестовый запуск небольшой ракеты. Пока испытатели прятались в укрытии за мешками с песком, двигатель проработал 3 с, а затем отсоединился шланг подачи кислорода, залив всю площадку огнем. Вскоре состоялись повторные попытки, и наконец, на четвертый раз, 16 января 1937 года, двигатель проработал достаточно долго, 44 с, чтобы металлическое сопло нагрелось докрасна. Ракета взлетела.

Эти шумные и взрывоопасные эксперименты со временем были признаны неподходящими для университетских кампусов, но к тому времени процессом уже заинтересовались потенциальные спонсоры. В 1938 году аэронавигационную лабораторию Калтеха неожиданно посетил глава ВВС США, а в течение еще пары лет в окрестностях Пасадены был построен специальный полигон с лабораторией. Три испытательных стенда и несколько вагончиков, покрытых рубероидом, – так заявила о себе будущая Лаборатория реактивного движения (ЛРД). Первое значительное финансирование поступило со стороны ВВС, которым требовались небольшие ракеты, чтобы помогать тяжелым самолетам взлетать с коротких взлетных полос. После удачной разработки и Перл-Харбора армия захотела еще, и ЛРД начала разрабатывать наводящиеся ракеты. Но это было самое начало без всякой связи с исследованиями Солнца.

15 ноября 1936 года: студенты Калтеха, прозванные “Отрядом смертников” из-за их частых неудач, в день первой попытки запуска ракеты в космос. Благодаря их упорству мы сегодня отправляем ракеты на Солнце (Courtesy of NASA)

Вторая мировая война сильно помешала физикам Солнца, но она же заложила основу их будущего процветания. Британские и американские ученые, работавшие с радарами, обнаружили, что Солнце излучает радиоволны (сначала принятые за немецкие радиопомехи), а физики Солнца и со стороны стран Оси, и со стороны союзников участвовали в прогнозировании погоды. Немецкие ученые пытались наблюдать за Солнцем за пределами земной атмосферы с помощью “орудия возмездия” – ракет “Фау-2”. У них ничего не получилось, но инициатива проложила дорогу многим последователям.

Весной 1942 года Вернер фон Браун (1912–1977), технический директор проекта по разработке “Фау-2”, пытаясь придать программе научное наполнение, обратился к физику Эриху Регенеру с просьбой разработать некую специальную “начинку” и конусообразный нос[889]889
  Tom Stoppard, Playing with Science, Engineering and Science. Fall., 1994. Р. 10. Стоппард называл “Хэпгуд” “пьесой, отразившей мое запоздалое признание двойственной природы света – корпускулярной и волновой”.


[Закрыть]. Наиболее сложным прибором, который разработал Регенер, стал спектрограф ультрафиолета, предназначенный для сопоставления уровня озона в атмосфере с высотой над уровнем моря. Тем временем сотни ракет изготавливались для своей первоначальной, разрушительной миссии. Первые ракеты из более чем 3 тыс. изготовленных сорвались в полет в сентябре 1944-го, и Британский военный кабинет всерьез обсуждал, впервые за всю войну, возможность эвакуации Лондона. Эти ракеты (каждая несла около 750 кг взрывчатки) внушали особенный страх, поскольку двигались быстрее воздуха и прибывали без всякого звукового предупреждения.

В декабре, не обращая внимания на нависший над Рейхом неминуемый разгром, фон Браун назначил запуск исследовательского прототипа на январь 1945 года. К середине января все было готово к запуску, но он так и не состоялся. Последние “Фау-2” обрушились на Англию в конце марта, шестью неделями позже Советская армия уже взяла Берлин. Когда Германия пала, специальное подразделение американской разведки собрало всех сто восемнадцать сотрудников фон Брауна и все доступные компоненты “Фау-2”, которых оказалось достаточно для сотен ракет. Значение этой находки не осталось незамеченным западными лидерами. Лео Голдберг, будущий научный руководитель астрономических программ НАСА, писал коллеге:

Если спросить у нас, какая технология могла бы одним движением отправить в утиль почти все учебники по астрономии, уверен, мы ответили бы одинаково, а именно – спектроскопия Солнца, проведенная вне земной атмосферы… Ракета “Фау-2” способна подниматься на высоту в 60 миль, а с помощью наработанных во время войны управляющих механизмов возможно направить эту ракету прямо на Солнце[890]890
  Karl Hufbauer, Exploring the Sun: Solar Science Since Galileo. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 1993. Р. 123.


[Закрыть].

В 1944 году Лаборатория реактивного движения формально стала армейским предприятием, находящимся по контракту под управлением Калтеха. Между 1945 и 1957 годами несколько небольших устройств были действительно запущены за пределы атмосферы для наблюдения за солнечным рентгеновским и крайнеультрафиолетовым спектрами (в процессе все основательно выгорали). Создалось своего рода сообщество “Фау-2”, неформальный комитет, который производил эксперименты в таких областях, как атмосферное давление, распространение радиоволн, космическое излучение, температура и солнечное излучение. Только в 1946–1947 годах физики смогли установить инструменты для фотографирования солнечного ультрафиолетового спектра на одиннадцати ракетах из двадцати восьми запущенных. С этого началась УФ-астрономия, а физика Солнца выделилась в отдельную дисциплину[891]891
  Там же. Р. 125–160.


[Закрыть].

Британские и американские ученые стали опираться на солнечные данные в предсказаниях магнитных бурь и поведении ионосферы (то есть той части земной атмосферы, в которой Солнце воздействует на передачу радиоволн). ВМФ США стал использовать эти прогнозы для определения радиочастот, нужных в слежке за советскими подводными лодками. Эта деятельность ученых не играла значительной роли во время холодной войны, но все же оказалась достаточно важной, чтобы физика Солнца перешла под контроль военных.

К 1953 году четырнадцать из пятидесяти мировых обсерваторий, проводящих визуальное наблюдение за Солнцем, были оборудованы коронографами (специальными телескопами, которые, блокируя часть солнечного света, позволяют ученым видеть Солнце более четко); между 1945-м и 1951-м порядка 70 % публикаций в новорожденной отрасли, радиоастрономии, были посвящены ее солнечным аспектам. В 1955 году правительство США объявило о планах запуска сателлита в течение Международного геофизического года – восемнадцать месяцев с июля 1957-го по декабрь 1958-го, – и к проекту присоединились девяносто пять обсерваторий и астрономических станций по всему миру. И тут грянул гром.

Четвертого октября 1957 года Советский Союз запустил свой спутник – простую сферу весом около 85 кг и диаметром 60 см, которая, по словам газеты New York Times, “изменила все: историю, геополитику, научный мир”[892]892
  Michael J. Neufeld, Von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War. New York: Knopf, 2007.


[Закрыть]. “Разнесшийся по всему миру бип-бип-бип”[893]893
  J. N. Wilford, Remembering When the U. S. Finally (and Really) Joined the Space Race. The New York Times. 2008. 29 января. F3.


[Закрыть]вверг Соединенные Штаты в кризис неверия в собственные силы, подтолкнул к лихорадочному ракетостроительству и стимулировал обильное финансирование научных и инженерных исследований, направленных на сохранение безопасности и престижа Америки. После спутника повестку космических исследований стали диктовать политики и военные[894]894
  В 1961 году русский космонавт Юрий Алексеевич Гагарин – первый человек в истории, увидевший Землю целиком, – описал свой удивительный опыт. За время ставосьмиминутного полета он находился непосредственно на орбите менее 1,5 ч, но даже эта короткая панорама ошеломила его: “Самым красивым зрелищем был горизонт – окрашенная всеми цветами радуги полоса, отделяющая Землю в свете солнечных лучей от черного неба. Была заметна выпуклость, округлость Земли. Казалось, что вся она опоясана ореолом нежно-голубого цвета, который через бирюзовый, синий, фиолетовый переходит к иссиня-черному”. После стольких дискуссий, посвященных тому, как выглядит Солнце с Земли, неожиданно все встало с ног на голову (The Space Age. Science Times. 2007. 25 сентября. F1).


[Закрыть].

В январе 1958 года президент Эйзенхауэр создал Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (НАСА), а ЛРД была переведена под его контроль. Тогда же на орбиту был выведен Explorer 1 – “к единодушному вздоху облегчения обеспокоенной американской публики”[895]895
  Цит. в: Michael Sims, Apollo’s Fire: A Day on Earth in Nature and Imagination. New York: Viking, 2007. Р. 14.


[Закрыть]. Делая оборот вокруг Земли каждые 113 мин, этот аппарат радировал данные о температуре, метеоритах и радиации. Еще больше приборов устанавливалось на стратосферных воздушных шарах, высотных самолетах и ракетах, а ученые, занимающиеся Солнцем, получили новые телескопы или значительно усовершенствовали старые[896]896
  Wilford, Remembering When the U. S. Finally (and Really) Joined the Space Race. Первая американская попытка, Vanguard TV3, запущенный 6 декабря 1957 года, стала поразительным провалом, обрушившись несколькими футами в стороне от посадочной площадки, его немедленно прозвали “флопник” (от англ. flop – провал. – Прим. пер.).


[Закрыть]. Между 1957-м и 1975-м сообщество физиков Солнца приблизительно удвоилось: в 1967 году появился журнал Solar Physics: A Journal for Solar Research and the Study of Solar Terrestrial Physics, который вскоре начал публиковать более двухсот статей в год. Начиная с 1959 года американская и советская программы посылали все более и более сложные космические аппараты во все более и более продолжительные полеты[897]897
  Разработка Explorer I велась в ЛРД под большим секретом под кодовым названием Project Deal. Как объяснял после запуска “спутника” администратор проекта Джек Фролих, игрок в покер, “после того как сорван большой куш, победитель сидит и глупо шутит, а проигравший кричит: “Deal!”. Названия не всегда подходят; позднее, когда Америка работала над высадкой человека на Луну, эта программа была названа “Аполлон”.


[Закрыть].

7 марта 1962 года НАСА запустило Орбитальную солнечную обсерваторию – 1, которая получала энергию от солнечных фотоэлементов и своей средней секцией постоянно ориентировалась на Солнце. Это было безусловным успехом, но в начале 1964-го космическая программа претерпела серьезное сокращение финансирования, связанное с разрушительной неисправностью одного сателлита в Космическом центре Джона Ф. Кеннеди, когда погибли три инженера, и с неудачным запуском третьей орбитальной обсерватории, когда ракета дала импульс раньше, чем нужно. В конце 1965 года проект Advanced Orbiting Solar Sattelite был свернут, в течение еще четырех лет администрация Никсона завершила программу, в рамках которой строилась лунная ракета “Сатурн-5”, одним движением отказав человечеству “в вездесущем присутствии по всей солнечной системе”[898]898
  См. онлайн-историю Лаборатории реактивного движения (редактор и ведущий автор – Фрэнклин О’Доннелл): www.jpl.nasa.gov/jplhistory


[Закрыть].

Но от использования космических аппаратов для наблюдений за Солнцем было невозможно отказаться, и вскоре НАСА возобновило программу, запустив “Солнечную лабораторию – 3”, а также приступив к наиболее амбициозному проекту – управляемой людьми космической обсерватории Skylab Apollo Telescope Mount. Автоматическая версия “Скайлэб” была запущена в мае 1973 года, она несла на борту четыре прибора – спектрограф ультрафиолета и спектрогелиограф (стоимостью 40,9 млн долларов), спектрогелиометр ультрафиолета (34,6 млн), коронограф белого света (14,7 млн) и рентгеновский телескоп (относительно дешевый, всего 8,3 млн). Расходы такого уровня означают, что практически все финансовые вливания в астрономию были сделаны за последние сорок лет.

Впрочем, именно в эту декаду (1971–1980) национальные приоритеты сместились в сторону от науки по двум основным причинам. Во-первых, по экономической: расходы на войну во Вьетнаме, рост цен на нефть в странах ОПЕК, расходы, требуемые на социальную программу и вопросы окружающей среды, вызывали сомнение в целесообразности финансирования всяких внеземных технологий. Вторая была политической: ученые часто оказывались в жесткой оппозиции американской внешней и военной политике, что поднимало вопрос, не тратятся ли деньги на поддержание непатриотических элементов. Физика Солнца пострадала особенно сильно: в официальном докладе отмечалось, что к концу 1970-х она превратилась в изолированную область исследований, недофинансировалась и оставалась недостаточно изученной. Астрономы в целом оставались “в значительной степени в неведении или их это не волновало”[899]899
  Carolyn Porco, NASA Goes Deep. The New York Times. 2007. 20 февраля. A19.


[Закрыть]. Финансовые проблемы и сокращения программ продолжались, ситуация еще сильнее обострилась в январе 1986-го, когда над Флоридой взорвался космический челнок “Челленджер” вместе со всей командой. НАСА на четыре года отложило запуск “Улисса”, космического аппарата для наблюдений над солнечными полюсами, и отменило разработку крупного солнечного телескопа, которую планировало ранее.

Европа тоже не отставала от Америки в сокращении космических программ: еще в далеком 1976 году Гринвичская обсерватория прекратила фотографирование солнечных пятен после ста двух лет беспрерывной работы, а четырьмя годами позже правительство Швейцарии закрыло центр сбора статистики по солнечным пятнам. Но исследователи все равно не сдавались и с 1970-х годов сделали немало замечательных открытий. Самым заметным из всех стало то, что позже назвали солнечным ветром.

Вернемся немного назад. В 1951 году немецкий астроном Людвиг Бирман (1907–1986) предположил, что хвосты комет постоянно повернуты от Солнца не в результате действия света, а благодаря потоку частиц, которые отражают ионы кометных хвостов. Отталкиваясь от идеи Бирмана, физик-теоретик Юджин Н. Паркер (р. 1927) из Чикаго предположил, что такой поток частиц вызван постоянным колоссальным расширением короны (на миллионы миль в час), которое он назвал солнечным ветром, чтобы подчеркнуть динамический характер процесса. Этот ветер движется внутрь на северном полюсе Солнца и вовне – на южном. Как утверждает Паркер, на яркость солнечной поверхности особенно воздействуют вертикальные течения. Воздействие ветра на Землю крайне слабо в сравнении с солнечным излучением (от него не шевельнется даже волосок на голове), но он воздействует на магнитные поля в межпланетном пространстве, продолжая силовые линии короны вглубь солнечной системы. Среди различных гипотез Паркера была и такая: собственное магнитное поле Земли было “вытянуто” этими ветрами таким образом, что стало по форме ближе к капле, чем к сфере.

В конце 1950-х немецкий геофизик Юлиус Бартельс сопоставил солнечный ветер с его потенциальным источником на Солнце – “М-областями” (М здесь вполне уместно, от англ. mystery – тайна), зонами необъяснимо низкой корональной эмиссии. Ученые в МТИ (Массачусетском технологическом институте) предприняли попытки измерить эти области с помощью зонда, запущенного с Explorer 1 25 февраля 1961 года; он замерял плотность потока, его скорость и направление. Mariner 2, запущенный годом позже, установил, что Солнце постоянно извергает на скорости 400–700 км / с (иногда доходя до 1250 км / с) потоки плазмы, температура которой растет или падает вместе со скоростью. У короны оказалось достаточно энергии, чтобы выплескиваться далеко в космос.