Герман Смирнов - Под знаком необратимости (Очерки о теплоте)

Каждое утро восходящее солнце набрасывает яркую маску на окружающий мир. Из ночного «оптического небытия» выступают красные, желтые, серые стены домов, черный асфальт мостовых, зелень деревьев, голубое небо, белые облака. И эта игра красок надежнее, чем ночная тьма, скрывает от нас второе, истинное лицо мира. Истинное, ибо здесь каждый предмет светит не отраженным солнечным, а своим собственным, хотя и невидимым глазу инфракрасным светом. Только тела, охлажденные до абсолютного нуля, до —273,16 °C, не испускают инфракрасных, или, как их еще называют, тепловых лучей.

Если бы человек мог видеть эти лучи, он без особых трудов смог бы выполнить такое головоломное задание: поймать черную кошку, сидящую на черном бархате в абсолютно темной комнате. Ведь комната абсолютно темная для нас человеку с инфракрасным зрением представляется буквально залитой светом. Здесь светится все — стены, пол, потолок, мебель. И на этом ровном светящемся фоне ярким пятном выделяется черная кошка, которая на 10–15° теплее окружающих ее предметов.

Если бы, выполнив это странное задание, инфравидец стал осматривать комнату, он обнаружил бы немало интересного. Прежде всего ему в глаза бросились бы ярко сияющие трубы и радиаторы отопления, окруженные дрожащими поднимающимися к потолку светлыми струями нагретого воздуха. Он увидел бы такие же светлые струи и над включенным радиоприемником. Присмотревшись пристальнее, он заметил бы легкое свечение трансформатора, понижающего напряжение, и проводов, по которым течет электрический ток. Одного взгляда ему было бы достаточно, чтобы увидеть: стены, выходящие на улицу, холоднее внутренних стен здания. А щели, через которые холодный воздух врывается в комнату, обнаруживают себя темными линиями на фоне светлых стен.

На улице его ожидали бы не менее удивительные вещи. Зимой наш необычный наблюдатель увидел бы, что над каждым зданием поднимается в небо светлый клубящийся столб нагретого воздуха. Он сразу увидел бы, в каких местах на стенах здания мало изоляции, а где ее чересчур много. Ему не пришлось бы гадать, куда расходуется мощность автомобильного двигателя: светящиеся слабым сиянием шины, тормозные колодки, трансмиссии и нагретые струи воздуха, срывающиеся с обшивки, подскажут ему основные статьи расхода.

Инфравидец всюду обнаружит разности температур, сопровождающие движение людей, животных, транспорта, воды, горных пород, рабочих инструментов, света, электричества. Он видел бы, что нагреваются при ходьбе подметки башмаков, что нагреваются оптические системы, фокусирующие свет, что нагреваются провода, по которым течет ток. Он обнаружил бы, что всякая жизнедеятельность обязательно сопровождается выделением теплоты. Короче говоря, человек, способный видеть тепловые лучи, оказался бы настоящей находкой для человечества. Но, увы, сам человеческий глаз — тоже нагретое тело, и поэтому он тоже излучает инфракрасные лучи. Мощность излучения глазной полости, падающего на сетчатку, столь велика, что будь эти лучи видимыми — сияние собственной ткани глаза затмило бы даже свет солнца!

Природа не случайно лишила нас инфракрасного видения: чтобы различать что-нибудь вокруг, наши глаза в принципе должны быть слепы к инфракрасным лучам. И все-таки ученые ухитрились обойти этот, казалось бы, категорический запрет и создать приборы, позволяющие увидеть невидимое.

Исследователю, вооруженному прибором для инфракрасного видения, черная бумага, картон, эбонит представляются прозрачными, как стекло. Он более «дальнозорок», чем обычный наблюдатель, ибо атмосфера прозрачнее для тепловых лучей, чем для световых: более длинным инфракрасным волнам мелкие пылинки и капельки тумана не помеха. Проходя сквозь атмосферу, инфракрасные лучи, несущие информацию о тепловых процессах на отдаленных небесных телах, ослабляются меньше, чем световые. Исследуя инфракрасные лучи, испускаемые Луной, можно измерить скорость охлаждения ее поверхности, когда она заходит в тень Земли. А по скорости охлаждения можно судить о структуре пород, из которых состоит лунная поверхность.

Современные инфракрасные приборы настолько чувствительны, что если глядеть через них с самолета на Землю, то на ее поверхности можно обнаружить участки, температура которых всего на 2–3° отличается от температуры окружающей среды. С помощью именно таких приборов удалось обнаружить, что лесные массивы регулируют свою температуру: днем, когда светит солнце, они холоднее окружающей среды, ночью — теплее ее. По тепловым картам земной поверхности воочию можно убедиться: зимой в большом городе на 2–3° теплее, чем за городом.

Тепловое излучение с поверхности Земли в какой-то степени отражает подземную структуру нашей планеты, поэтому геологи приспосабливают инфракрасную аэрофотосъемку для поисков нефти и полезных ископаемых. Инженеры-строители применяют ее для определения толщины горных пород при выборе мест строительства, а также для обнаружения мест течи в подземных трубопроводах. Археологи с помощью аэрофотосъемки ищут древние исчезнувшие с лица земли города, которые, однако, оставили под внешним покровом земли следы, иначе излучающие инфракрасные лучи, чем окружающий эти города грунт. Гидрологам инфракрасная аэрофотосъемка помогает находить подпочвенные воды, оценивать содержание воды в почве, наносить на карты русла ручьев и рек в тех случаях, когда они скрыты буйной растительностью.

В начале 1960-х годов с помощью тепловидения стали распознавать симптомы опасных заболеваний раньше, чем другими методами. Так, темные пятна над надбровными дугами, означающие, что их температура ниже температуры других участков лица, свидетельствуют о сужении кровеносных сосудов, предшествующем инсульту — кровоизлиянию в мозг. Инфравидение позволило также обнаруживать злокачественные опухоли, скрытые глубоко под кожей. Скорость деления клеток опухоли больше, чем у здоровой ткани, поэтому ее температура на 1,5–2 °C выше и на инфраграмме она выглядит светлым пятном на темном или сером фоне.

По повышению температуры можно судить о заболевании не только человека, но и растений. Здоровое зеленое растение обычно хорошо отражает падающие на него инфракрасные лучи. Растения больные, высыхающие теряют эту способность. Поэтому с помощью инфракрасной аэрофотосъемки удавалось установить заболевание лесов за три года до появления явных симптомов.