Когда физики в цене - Ирина Львовна Радунская

Дело в том, что, хотя непрозрачный диск и отверстие в непрозрачной стенке являются столь же противоположными и дополняющими друг друга, как плюс и минус, они в одном отношении оказываются тождественными. Оптики еще в прошлом веке убедились, что электромагнитные волны одинаково огибают и край диска и край отверстия. Так же одинаково огибают их и радиоволны, идущие из космоса или от земной поверхности.

И вот тут-то крылась возможность решить новое уравнение с двумя неизвестными. Сравнивая радиоизлучение от диска, от сплошной плоскости и от отверстия в ней, зная величины радиоизлучения от диска и плоскости с дырой, можно было узнать наконец долю космического фона вместе с диффракцией и земным фоном. Опыт намечался сложный, но зато появилась возможность определить все неизвестные части.

Для выполнения нового опыта нужно было сделать непрозрачную стенку достаточно большой, чтобы радиоволны, огибающие ее внешние края, не попадали в антенну радиотелескопа.

Схема эксперимента была намечена. Ученые наконец могли приступить к сложному опыту, состоящему из ряда измерений.

Радиотелескоп направлялся на искусственную Луну, и делался первый отсчет. Затем черный диск убирался, и делался второй отсчет. После этого на то же место устанавливалась черная стенка с отверстием, равным диску, и делался третий отсчет. Затем черный диск закрывал отверстие, и делался четвертый отсчет. (Из четвертого опыта ученые узнавали величину земного фона. Из первого опыта — величину диффракции. Из второго — космического фона. Третий опыт был, по существу, контрольным).

Итак, сравнивая все четыре отсчета, удалось учесть все существенные помехи. Для контроля вся процедура была повторена, причем искусственная Луна и вспомогательная черная стенка переносились в различные места с тем, чтобы помехи от Земли заметно изменились. При этом, сравнивая сигнал от черного диска, от отверстия в черной поверхности и от сплошной черной поверхности с сигналом от Луны и от участков неба, близких к Луне, но удаленных от нее настолько, что лунное излучение не попадало в антенну, когда она направлена на эти участки, радиоастрономы смогли точно учесть мешающее действие Земли и космического фона.

Так постепенно были откалиброваны искусственные луны и стало возможно применять их для измерений радиоизлучения от настоящей Луны.

ЛУНУ НАДО ПОДОГРЕТЬ

Конечно, все могло бы быть проще, если бы… двойник удалось расположить на одной линии с Луной. Тогда все измерения свелись бы к следующему: меряется радиоизлучение от Луны (диск при этом убирается). А потом диск снова возвращается на место, и меряется его радиоизлучение. В этом случае все помехи были бы идентичны и задача действительно свелась бы к уравнению с двумя неизвестными. Но… во-первых, теория не позволяет расположить диск близко к антенне. А связать его с ней жестко при расстоянии между ними в сотни метров да еще вращать вместе с антенной, чтобы следить за Луной и следовать за ней по всему небосводу, — конечно, задача нереальная. Поэтому искусственную Луну приходится держать на одном месте, но измерения вести месяцами, чтобы вычислить средние величины помех. Кроме того, даже если бы искусственную и естественную луны удалось выдерживать на одной линии, диффракция космического радиоизлучения на краю диска все равно внесла бы излишнюю погрешность.

Горьковчане, правда, наметили выход из положения, который избавил бы их от канители с дыркой и плоскостью. Они надумали подогревать искусственную Луну. Тогда измерения сильно упростились бы. Мерилось бы радиоизлучение от диска холодного, потом нагретого. Помехи — земные и космические — при этом были бы одинаковые, а радиоизлучение от холодной и нагретой «Луны» известно. Так без особых хлопот можно было бы узнать величину паразитного радиоизлучения.

Но простота и тут только кажущаяся. Диск надо разогревать равномерно по всей поверхности. А как это осуществить? Вмонтировать электрические спиральки по всему телу диска? Вряд ли это даст равномерный нагрев. В общем, проблема разогрева искусственной Луны не решена. Опыт не поставлен. Возможно, мы узнаем о нем в скором времени.

А пока ученые подготовились к многократным операциям с диском, дыркой и сплошной стенкой.

Основные измерения начались. И снова неприятность. Оказалось, что работе на миллиметровых волнах очень мешает земная атмосфера. Слабое радиоизлучение Луны поглощается в парах воды, и выделить с нужной точностью остаток его на фоне помех не удается. Пришлось везти радиотелескопы на склоны Эльбруса. Там на высоте 3200 метров нашлась удобная площадка. Но выяснилось, что и эта высота недостаточна. Горьковчане отправились на Памир, где воздух суше, чем в Сахаре. И здесь, на высоте 4200 метров, радиоастрономам наконец удалось провести наблюдения.

И вот настало время делать выводы из этой серии необычных экспериментов.

Замерив с большой точностью величину радиоизлучения, испускаемого различными слоями лунной поверхности, ученые определили многие характеристики лунного вещества — его плотность, теплопроводность, электропроводимость — и даже смогли оценить его минералогический состав и структуру. Теперь стало ясно, что никакой «шубы», покрывающей Луну, не существует. Поверхностный слой нашего спутника довольно однороден и на глубине полутора метров сохраняет свои свойства неизменными. Расчеты показали, что плотность верхних слоев лунной породы почти в два раза меньше плотности воды. Следовательно, это не может быть обычная пыль, а тем более гранит или гнейс.

И в определении теплопроводности лунного вещества ученые раньше ошибались. По новым расчетам, она в 50 раз больше той удивительно низкой величины, которая была подсчитана ранее (правда, она все равно в 30–40 раз ниже, чем теплопроводность любой из земных пород), и совсем не совпадает с теплопроводностью пыли в пустоте.

По мнению горьковских радиоастрономов, поверхность Луны должна быть более всего похожей на пемзу или пенобетон. Это твердое, но очень пористое вещество с тонкими, но крепкими перегородками. Прочность пористой лунной почвы настолько велика, что ее свойства не изменяются вплоть до глубины в 20 метров. Недавно в нашей стране было получено нечто подобное. Расплавляя вулканическую породу и смешивая ее со специальными добавками, которые вызывают бурное выделение газов, инженеры создали новый строительный материал. В застывшем виде это очень легкая и прочная масса, прекрасный теплоизолятор. Если же выкачать газы, заполняющие его поры, то его теплопроводность, еще более уменьшившись, приблизится к теплопроводности лунной почвы.

— Если немного пофантазировать, опираясь на факты, — говорит Всеволод Сергеевич Троицкий, — то поверхность Луны можно представить себе похожей на унылую пустыню. Представьте застывшее море при обычном волнении в 1,5–2 балла. Так, если судить по сходству отражения радиоволн от морской и лунной поверхности, выглядит шероховатая лунная почва. Возможно, однообразный пейзаж кое-где у подножий гор и возле кратеров