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

Как бы далеко в обозримое будущее мы ни заглянули, можно быть уверенными, что, даже когда континентальный дрейф и насильственное или мирное изменение национальных границ сделают лицо Земли неузнаваемым, с таким трудом установленная координатная система широт и долгот сохранится. Но не для всех и не для любых целей. Через столетие после Международной меридианной конференции 1884 года основанный на связи неба и телескопа Гринвичский нулевой меридиан уступил свое общемировое первенство более рафинированному меридиану, положение которого было выведено из глобального гравитационного поля Земли и определялось пульсациями лазерного излучения, направляемого на установленные на спутниках отражатели. Если вы углубитесь вертикально вниз от первоначального нулевого меридиана, то из-за неравномерного распределения масс в толще коры и мантии Земли вы не попадете в центр нашей планеты. Но если провести такую вертикаль от нового «геодезического» меридиана, лежащего в 102 метрах к востоку от традиционного Гринвичского «меридиана ноль», она в точности совместится с центром масс Земли.

С самого начала холодной войны Министерство обороны США работало над установлением собственного геодезического меридиана. К 1980-м новые методы измерений и большие объемы получаемых данных позволили представителям как наук о Земле, так и космических исследований построить эффективную международно согласованную координатную систему, которая после ее принятия в 1984 году Управлением картографической службы Министерства обороны США и внедрения в сеть американских станций GPS стала глобальным стандартом для спутниковой навигации и основой измерения всемирного времени UT [151]. В очередной раз, по схеме старой, как сама человеческая цивилизация, наука и война объединились – каждая из этих сторон служила нуждам другой, пассивно и активно помогая друг другу достичь своих целей.

4. Вооруженный глаз

Ничем не оснащенное зрение вряд ли позволит вам увидеть Вселенную во всей ее славе. Пока оптические приспособления не перекинут для нас мост через физически непреодолимые расстояния, мы не приблизимся к пониманию того, что во Вселенной находится. Человеческие существа нуждаются в помощи инструментов даже для того, чтобы узнать, что происходит в видимом космосе, не говоря уж о множестве явлений, заметных только в невидимом свете.

Сам по себе человеческий глаз – хороший, но не первоклассный приемник излучения. Он способен различать очертания деталей с угловыми размерами не менее одной шестидесятой доли градуса полного 360-градусного круга. Воспринимаемый сетчаткой диапазон длин световых волн разочаровывающе узок: от 400 до 700 миллиардных долей метра – крохотный участок электромагнитного спектра. Этот участок носит самоочевидное название: видимый свет. Если представить себе свет как волну, распространяющуюся в пространстве, длина этой волны представляет собой расстояние между двумя ее последовательными гребнями. Сосчитайте, сколько таких гребней пройдет через некоторую точку за одну секунду, и вы получите частоту. Какова бы ни была скорость бегущей волны, чем короче ее длина, тем выше частота.

Электромагнитный спектр простирается в обоих направлениях до бесконечности: и в сторону длинных волн, где он, возможно, ограничен размером самой Вселенной, и в сторону волн коротких, где ограничения, возможно, ставит квантовая физика. Сейчас мы располагаем техникой, позволяющей регистрировать волны с длиной от менее одной стомиллиардной доли метра (высокочастотные гамма-лучи) до многих сотен километров (крайне низкочастотные радиоволны) – отличие в квадриллионы раз.

Тысячелетия назад, если человек хотел посмотреть на небо или на противоположную сторону широкой долины, он мог воспользоваться длинной пустотелой трубкой, которая помогала фокусировать внимание и уменьшить блики – так делал Аристотель и, вероятно, его предшественники. Но никакая пустая трубка, какой бы длинной они ни была – и неважно, отделана ли она золотом, как у древнего ассирийского мастера, вырезана ли из нефрита, как у древнего китайского художника, или прикреплена к армиллярной сфере, как придумал сделать один сведущий в математике средневековый римский папа [152], – не могла бы помочь вашей физиологической неспособности разглядеть планету Нептун или оценить численность вражеской армии или флота на большом расстоянии.

Но, как только вы вставите в трубку пару линз, у вас в руках окажется оптический телескоп.

Инструмент для усиления органов чувств, телескоп позволяет как увидеть светящиеся предметы, слишком слабые для глаза, так и различить мелкие детали, глазом неразличимые (эта способность называется разрешением). Во-первых, он доказывает вам, что объект, который вы ищете, существует; во-вторых, делая различимыми его форму, движение и цвет, он рассказывает вам, чем этот объект может быть. Задача телескопа – собрать максимальное количество удаленной от вас информации и передать ее в ваш мозг посредством ваших глаз.

Рассматриваете ли вы армию врага или небесные светила, каждый бит информации, который вы получаете, доставляется вам лучом света. В структурном смысле телескоп немногим отличается от ведерка для сбора фотонов. Независимо от того, что вам важнее – чувствительность регистрации или разрешение, чем больше диаметр вашего ведерка, тем больше фотонов вы соберете. Собирающая площадь растет как квадрат диаметра, так что, если вы утроите диаметр, вы увеличите способность вашего телескопа регистрировать объекты в девять раз. Разрешение определяется отношением диаметра телескопа к длине волны света, который он собирает. Чтобы добиться максимального разрешения, вам нужно ведерко намного более широкое, чем выбранная вами длина волны. Для видимого света, длины волн которого измеряются сотнями нанометров, диаметра собирающего отверстия в несколько метров более чем достаточно. И точно так же, как любителю вина нравятся настолько тонкие бокалы, чтобы граница между напитком и губами почти исчезла, астрофизик добивается того, чтобы технические ограничения его телескопа, слабые стороны самого наблюдателя и искажения, вносимые атмосферой Земли, были, насколько это возможно, исключены из получаемых данных.

___________________

Прибор, помогающий видеть на расстоянии, появился всего четыре столетия назад. Это была пара линз размером с круглое печенье, жестко укрепленных внутри трубки. В сентябре 1608 года – как раз в разгар конфликта между католиками и протестантами, известного как Восьмидесятилетняя война [153], – мастер, занимающийся изготовлением очков, Ханс Липпергей представил это устройство принцу Морису Нассаускому, главнокомандующему вооруженными силами Объединенных провинций Нидерландов. Эта трубка и была первым настоящим исторически подтвержденным телескопом, хотя имеется множество упоминаний и о более ранних подобных изобретениях. О замечательном приборе Липпергея узнал Галилей и за полгода построил свой собственный, лучшего качества.