Марк Медовник - Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Новое явление аэрогелей состоялось не благодаря коммерческому использованию, а потому что их уникальные свойства привлекли внимание специалистов по физике элементарных частиц, изучавших эффект Черенкова в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН). Черенковское излучение испускает субатомная частица при прохождении сквозь материал со скоростью, превышающей скорость света. Его обнаружение и анализ дает ключ к пониманию природы такой частицы и, следовательно, служит весьма экзотическим способом идентификации многочисленных невидимых частиц, с которыми имеют дело ученые. Аэрогель идеально подходит на роль материала, атакуемого элементарной частицей, поскольку фактически является твердой вариацией газа. В этом качестве он используется и по сей день, помогая физикам разгадывать тайны субатомного мира. Как только аэрогели очутились в научных лабораториях со сложным оборудованием, туманной миссией и большими бюджетами, их престиж опять вырос.

Тогда, в начале 1980-х, производство аэрогелей было по карману лишь очень богатым научным институтам. Таким, как ЦЕРН. Вскоре примеру европейского центра последовало Национальное управление по астронавтике и космонавтике США (НАСА). Кварцевый аэрогель впервые применили в космосе, для защиты оборудования от экстремальных температур, и здесь он подходил идеально, поскольку лучший в мире теплоизолятор почти невесом, что особенно важно, когда корабль вырывается из гравитационных объятий Земли. Это случилось в 1997 году при отправке к Марсу беспилотного аппарата Mars Pathfinder . С тех пор кварцевый аэрогель используют для изоляции на космических кораблях. Но как только ученые из НАСА поняли, что аэрогель способен путешествовать к другим планетам, ему нашли новое применение.

В ясную ночь можно увидеть, как небо пересекает яркий след падающей звезды. Долгое время считалось, что это метеориты на высокой скорости входят в земную атмосферу, нагреваются трением о воздух и, вспыхнув, сгорают. Считается также, что большая часть метеоритов – это космическая пыль, то есть обломки вещества, образовавшегося, наряду с кометами и астероидами, при возникновении Солнечной системы 4,5 миллиарда лет назад. Точное определение материалов в составе этих небесных тел помогло бы нам понять, как появилась Солнечная система, и объяснить химический состав Земли. Эта задача привлекает особый интерес уже много лет.

Анализ метеоритного вещества только раздразнил любопытство ученых: дело в том, что при прохождении сквозь земную атмосферу они подвергаются воздействию экстремально высоких температур. Поэтому люди из НАСА подумали, что было бы неплохо захватить некоторые из этих объектов еще там, в космосе, и доставить их на Землю в первозданном, нетронутом виде.

Однако у этого плана было уязвимое место. Дело в том, что космические объекты движутся с весьма высокой скоростью. Космическая пыль летит быстрее пули, нередко преодолевая 50 км в секунду, то есть 18 000 километров в час. Поймать такой объект непросто. Если вы, скажем, вздумаете собственным телом задержать пулю, то либо сила пули превысит прочность вашей кожи и пуля прошьет вас насквозь, либо вы наденете пуленепробиваемый жилет из высокопрочного материала, такого как кевлар, и пуля расплющится. В любом случае дело это рискованное. Но в принципе осуществимое. Когда бейсбольный или крикетный мяч ловят «мягким захватом», то стараются распределить, рассеять энергию мяча, а не бросают все силы на один мощный захват. Специалистам НАСА нужно было замедлить скорость космической пыли с 18 000 км в час практически до нуля, не повредив ни летательный аппарат, ни саму пыль. Идеально подошел бы материал со сверхнизкой плотностью, способный замедлить частицы пыли мягко и без повреждений на площади всего в несколько миллиметров; прозрачный, чтобы ученые могли сразу найти застрявшие в нем крошечные звездные пылинки.

И – о чудо! – такой материал нашелся. Более того, НАСА уже использовало его в космических полетах. Разумеется, это был кварцевый аэрогель. В основе его подвигов тот же самый механизм, который защищает каскадера во время съемок: тот падает с крыши на гору картонных коробок, и каждая, сминаясь под его весом, поглощает некоторое количество энергии удара. Чем больше коробок, тем лучше. Точно так же каждая из внутренних перегородок в пористом аэрогеле, сталкиваясь с частичкой пыли, поглощает крошечное количество энергии. В одном кубическом сантиметре содержится несколько миллиардов перегородок – этого достаточно, чтобы остановить пылинку, практически ее не повредив.