Нил Тайсон - На службе у войны - негласный союз астрофизики и армии

Нельзя сказать, что до этой статьи никто не исследовал космическое гамма-излучение. Но открытие Клебезаделя, Стронга и Олсона вызвало настоящую лавину новых исследовательских попыток. Интерес военных к регистрации крайне высокоэнергетических взрывов привел к взрыву в науке: бурному расцвету до этого незаметной области астрофизики. Космические приемники вошли в обиход, обогнав наземные детекторы, изготовленные на базе обновленного инструментария времен Второй мировой войны.

Гамма-лучи и мириады субатомных частиц непрерывно генерируются в процессе столкновений космических лучей сверхвысоких энергий с атомами в земной атмосфере. Исследуя эти каскады частиц, можно выявить случаи замедления времени, предсказываемого эйнштейновской теорией относительности. Частицы космических лучей летят сквозь пространство со скоростью, достигающей 99.5 % скорости света. Когда они врезаются в толщу земной атмосферы, они расщепляются с образованием многочисленных продуктов распада, элементарных частиц все меньшей и меньшей энергии, лавинообразно распространяющихся вплоть до встречи с поверхностью Земли. Среди этих продуктов распада – ливни гамма-лучей, быстро преобразующихся в электроны и их античастицы – позитроны.

В этих каскадах встречаются и мюоны: высокоэнергетические и более тяжелые аналоги электронов. Они не особенно стабильны: в среднем через полумиллионную долю секунды они распадаются на частицы с меньшей энергией, в том числе электроны. По сравнению со временем жизни многих других субатомных частиц полумиллионная доля секунды все равно что вечность. Но так как эта лавина частиц движется относительно нас и наших наземных приемников с такой огромной скоростью, для мюонов время течет медленнее, чем для нас. Здесь мы входим в причудливый мир специальной теории относительности Эйнштейна. Для этого раздела физики не имеет значения, кем или чем вы являетесь: животным, растением или минералом. Если вы двигаетесь с большой скоростью, происходят некоторые странные вещи, и одна из них заключается в том, что ваши внутренние часы тикают медленнее, чем кажется тем, кто наблюдает за вами извне. Ваше время «замедляется». И мюоны в ливнях космических лучей поразительным образом позволяют убедиться в существовании этого явления. Из-за того что они летят с такой большой скоростью, мы видим, что до своего распада они живут вдесятеро дольше – ив результате проникают в атмосферу Земли гораздо глубже, чем теоретически должны.

Даже если вы не будете лететь так же быстро, как мюон, вы все равно можете испытать на себе эффект замедления времени. Проведите полгода на Международной космической станции, которая движется вокруг Земли со скоростью пяти миль в секунду (всего 0,0027 % скорости света), и вы постареете на 0,005 секунды меньше, чем те, кто остался на Земле.

III

Так как все, что теплее абсолютного нуля, излучает тепло, регистрировать инфракрасные лучи на расстоянии означает, по сути, регистрировать все. Точка. В результате любой астрофизик, как и любой генерал, контрреволюционер, шпион, полицейский и дрон, которым требуется идентифицировать не видимую иным способом цель, будет искать ее в инфракрасном свете. Правда, военному при этом еще необходимо отличать источник угрозы от того, что угрозы не представляет. Просто зарегистрировать пятно необычно интенсивного инфракрасного света недостаточно. Разведчикам необходимо знать «тепловую подпись» своей цели, чтобы они могли выделить и отличить ее от множества других инфракрасных источников, заполняющих район боевых действий.

В космосе более холодные его обитатели – с температурой ниже примерно 1000 Кельвинов (700 градусов по Цельсию), то есть планеты, потухшие звезды, космическая пыль и разнообразные галактические облака, особенно те, в которых вот-вот появятся новые звездные системы, – больше светят в инфракрасных лучах, чем в какой-либо другой полосе спектра. Все, что горячее, начинает светиться и в видимых лучах, делаясь видимым для любого, кто на них смотрит: вначале это свечение вишнево-красное, по мере того как температура объекта повышается, он раскаляется добела и, наконец, становится голубым. Так что, если хотите увидеть холодные объекты, вам лучше всего подойдет инфракрасный телескоп.

Кроме того, инфракрасный свет проходит сквозь облака газа и пыли гораздо легче, чем видимый, даже когда этот видимый свет очень ярок. И здесь самое время поговорить об инфракрасном обозрении всего неба и программе ВВС США «Инфракрасный фон неба».