Пояс астероидов - сокровищница Солнечной системы

   (0 отзывов)

Thorfinn

Пояс Астероидов – золотое дно, Эльдорадо для человечества. Сотни миллионов, миллиардов, триллионов тонн бесценных элементов. Тут столько несметных богатств, что каждый человек на планете от ребенка до старика может стать миллионером.

Бен Бова «Старатели»

Не ставшие планетой

Между орбитами Марса и Юпитера, как известно, находится Пояс астероидов, который в последнее время чаще именуют Главным поясом астероидов или – для краткости – просто Главным поясом. Тем, кто представляет себе аккуратненькое колечко с четко выраженными границами, битком набитое каменными глыбами различного размера так, что любой пролетающий через него корабль будет находиться под постоянной угрозой астероидной атаки, придется несколько подкорректировать эту воображаемую картину. Четких границ у пояса нет: часть астероидов «вылезает» даже за орбиту Венеры, некоторые скопления вплотную подбираются к орбите Юпитера, а скопления «Троянцы» и «Греки» и вовсе лежат на его орбите. Что же касается гипотетической опасности для пролетающих кораблей, то практика полетов автоматических межпланетных станций показала: вероятность случайного столкновения с летающей в космосе каменюкой практически равна нулю.

SolarSystem.png.4b7407b0315d0dca793b70ce


Некоторое время популярна была теория о том, что астероидное кольцо является осколками погибшей планеты Фаэтон. Однако на самом деле все обстоит с точностью до наоборот. Астероиды вовсе не осколки погибшей планеты, а результат того, что под действием полей тяготения соседей (в первую очередь Юпитера) планета так и не собралась.

Немного цифр

Если «слепить» все астероиды Главного пояса в одно космическое тело, то получится шарик, масса которого составит всего 4% от лунной. Причем Веста, Гигея, Паллада и карликовая планета Церера (до недавнего времени тоже «числившаяся» астероидом) дадут более половины этой массы. Всего же к 2006 году было открыто 285075 астероидов, а общее их количество оценивается в несколько раз больше.

Долгое время (с 1787 года, в котором барон Франц Ксавьер фон Цах начал поиск планеты между Марсом и Юпитером и по 1943-й, в котором Кеннет Эджворд предположил существование «огромной массы мелкого материала на окраине Солнечной системы) астероидное кольцо считалось единственным образованием такого рода в Солнечной системе. Но в 1992 году теория о внешнем кольце подтвердилась. Оно получило название «Пояс Койпера», а позже к нему добавились Рассеянный диск за внешними границами Пояса и Облако Оорта на расстоянии примерно светового года от Солнца, существование которого пока доказано только теоретически.

Вот после этих открытий астероидный пояс между Марсом и Юпитером получил в свое название слово «главный». Его мелкие «аборигены» довольно долго не привлекали к себе особого внимания, пока не обнаружилось, что астероиды – настоящие космические сокровищницы Али-Бабы. А еще – источник опасности для жизни на Земле. К концу ХХ века интерес к малым телам Солнечной системы заметно увеличился, а в начале нашего столетия тут и там начали говорить о необходимости дальнейшего изучения, а впоследствии и освоения богатств Главного кольца.

Смена приоритетов

16 апреля 2010 года, выступая в космическом центре имени Кеннеди на мысе Канаверал, президент США Барак Обама заявил: «Нам необходимо не просто продолжать двигаться по проторенному пути, мы хотим осуществить прыжок в будущее. Сначала впервые в истории мы доставим астронавтов к астероиду. А к середине 30-х годов, уверен, мы сможем доставить людей на орбиту Марса, благополучно вернуть их на Землю и после этого осуществить уже высадку на Марс». Такая трактовка «прыжка в будущее» привела к тому, что все разработки «возвращения на Луну», над которыми в NASA мучились с 2004 года в рамках программы «Созвездие», практически оказались не нужны. Почему в Соединенных Штатах так заинтересовались астероидами? В том же выступлении Обама уточнил: их необходимо изучать как потенциально опасные объекты, угрожающие жизни на Земле и национальным интересам США. Возникает ощущение, что если Рональд Рейган очень любил «Звездные войны», то у нынешнего хозяина «Белого дома» другой любимый голливудский блокбастер – «Армагеддон».

Не так, как в кино

Полет к астероиду в реальности имеет мало общего с «Армагеддоном». И тут речь даже не о бурильщиках, которые в минимальные сроки были превращены в астронавтов. В кино команда Брюса Уиллиса добралась до астероида на двух «Шаттлах». На самом же деле для полета даже к тем астероидам, которые подбираются довольно близко к Земле, нужен полноценный космический корабль, способный осуществить «автономку» примерно полугодичной протяженности. Такого нет сейчас ни у американцев, ни у кого-то еще. Ближе всего к искомому стоят советские разработки тяжелых межпланетных кораблей для марсианской экспедиции. Тем более что на «астероидном» маршруте у космонавтов возникнут сходные проблемы с защитой от космического излучения, условиями работы экипажа и многим другим – разве что можно снять вопрос посадочного модуля. Прогуляться пешком по поверхности астероида будет непросто: слишком легко при такой ничтожной силе тяжести внезапно улететь в дебри Главного кольца. Гораздо проще дрейфовать рядом с космическим телом и работать, «опираясь» на корабль.

Однако визит астронавтов непосредственно в пояс астероидов – дело хлопотное и весьма затратное. Поэтому в первом приближении NASA нацелилось на те объекты, которые подбираются как можно ближе к Земле. Для полета к ним вполне подойдет и «наследие» «Созвездия» – пилотируемый корабль «Орион», пока еще не построенный, но неплохо проработанный. Можно поступить и еще проще – оттранспортировать небольшой астероид на стабильную лунную орбиту и там исследовать. Эскизы специального захвата, получившего название «космическое лассо», уже прорабатываются, однако и такой «полет к астероидам» в нынешних условиях для бюджета NASA – непозволительная роскошь. Так что пока за океаном работают над программой OSIRIS-Rex. Автоматическая межпланетная станция должна добраться до астероида (101955) Бенну, картографировать его поверхность и взять пробы грунта. Полет намечен на 2019–2023 годы. В целом ничего нового в OSIRIS-Rex пока нет – все то же самое проделала в 2003–2010 году японская автоматическая межпланетная станция «Хаябуса».

Одиссея третьей «Хаябусы»

Япония использовала имя «Хаябуса» («Сапсан») для своих машин трижды – в 1942 году началось производство истребителя Nakajima Ki-43 Hayabusa. С 1999 года компания «Сузуки» производит мотоцикл GSX1300R Hayabusa, а 9 мая 2003 года в полет к астероиду (25143) Итокава отправилась межпланетная станция с таким названием. Планировалось, что полутонный аппарат выполнит картографирование поверхности космического тела, произведет забор грунта и доставит его на Землю к 2007 году. Однако история «Хаябусы» показала, какую роль в межпланетных полетах могут сыграть незапланированные случайности и нештатные ситуации. А их в одиссее японского «Сапсана» хватало. Во время перелета солнечная вспышка нарушила работу солнечных батарей. Ионный двигатель тоже работал неидеально. В результате «Хаябуса» не мог похвастаться ни скоростью, ни маневренностью и задержался в пути к Итокаве на три месяца. Когда аппарат приблизился к астероиду на 20 км и начал программу исследований, выяснилось: два гироскопа из трех не работают. Это поставило всю работу на грань срыва. В ноябре 2005 года при одной из посадок на поверхность Итокавы была потеряна связь с минироботом «Минерва», который должен был работать на поверхности астероида. Наконец, 26 ноября при попытке забрать грунт «Хаябуса» повредил один из двигателей, а вскоре связь с аппаратом была утрачена. Только через три месяца ее удалось восстановить. Выяснилось, что забор грунта был произведен, но все попытки запустить маршевый двигатель «Хаябуса» не имели успеха до 4 февраля 2009 года. Только 13 июня 2010 года японский аппарат вернулся на околоземную орбиту и сбросил на поверхность капсулу с драгоценными полутора тысячами микрозерен астероидной пыли.

Астероидная опасность – призрачная или реальная?

С середины прошлого века в фантастической литературе, а позже и в кинематографе начал укоренятся апокалиптический сюжет о гибели всего живого – или, как минимум, о катастрофе на Земле – в результате падения на ее поверхность астероида. В 1979 году на экраны вышел фильм «Метеор», однако – как это принято говорить сейчас – мейнстримом это стало после премьеры блокбастера «Армагеддон» в 1998 году. Хотя сейчас фильм используется в NASA для тренировки менеджеров (им предлагают найти как можно больше технических ошибок – а всего их 168 на 144 минуты действия), он и вышедший одновременно «Столкновение с бездной» показали широкой публике, насколько велика «астероидная угроза». Сейчас разве что единицы не знают о том, что падение астероида на Землю вызвало вымирание динозавров (хотя пока это только одна из гипотез), а 250 млн. лет назад другой «космический убийца» привел к массовому исчезновению живых организмов на нашей планете.

Насколько же велика астероидная опасность на самом деле? Столкновение нашей планеты с относительно крупным астероидом – примерно километрового размера – приведет, скорее всего, к прекращению жизни на ней. За исключением самых простых форм. Астероиды 300-метрового «класса» (из них на слуху Апофис, «визит» которого в околоземное пространство ожидается в 2029 году) способны привести к частичному уничтожению жизни на планете. Но и «рядовой» космический «гость» может натворить немало бед. Представьте в качестве примера, что знаменитая Тунгусская катастрофа 1908 года повторится не в глухой тайге, а неподалеку от Токио, Нью-Йорка или Москвы.

Но наибольшее беспокойство у ученых вызывают в первую очередь не астероиды Главного кольца, а те космические «скитальцы», которые иногда пересекают земную орбиту или обосновались в непосредственной близости – внутри или у самых границ. Эти скопления небесных тел называются группа Апполона, группа Амура и группа Атона. Астероид 2004 FU162 в 2004 году сблизился с Землей до 6535 км, TS26 – в 2008-м подобрался до 6150, а 2009VA – в 2009-м до 14000 км. Последний не превышал 7 м в диаметре. Правда, даже в случае падения на поверхность планеты эти «небесные гости», скорее всего, рассыпались бы в атмосфере, как это произошло с Челябинским метеоритом в 2013 году. Кстати, по своим размерам до схода с орбиты Челябинский метеорит почти в три раза превышал 2009VA, но из 7 тыс. тонн начальной массы на поверхность планеты в виде отдельных обломков упало всего 4–6 т, а самый крупный обломок из них имел вес 654 кг. Если сравнивать Челябинского гостя со знаменитым Тунгусским, то разрушение в атмосфере последнего привело к взрыву в 10 раз более мощному, чем тот, который прогремел над Челябинском 15 февраля 2013 года.

Туринская шкала и астероиды-убийцы

На 2009 год в «окрестностях» нашей планеты ведется наблюдение за примерно тысячей небесных тел, которые рано или поздно могут наведаться к нам «в гости». Для оценки их потенциальной опасности используется так называемая Туринская шкала. Один бал по этой шкале в настоящий момент имеют всего два астероида. Это означает, что вероятность их столкновения с Землей чрезвычайно низка и нет никаких причин для заострения на этом общественного внимания. Правда, один из «однобалльников» довольно увесист – астероид 2013 TV135 имеет диаметр около 400 м. Что же касается знаменитого Апофиса, то он в 2004 году получил 4 балла по Туринской шкале – это значит, что вероятность столкновения превышает 1%; в результате возможны локальные разрушения. Правда, позже его опасность снизили до единицы, а потом и вовсе до нуля.

На текущий момент ни одного небесного тела, угрожающего жизни на Земле, не обнаружено. Однако, если все же «астероид-убийца» появится – как с ним бороться?

Война с астероидами – тактика и стратегия

Методов борьбы с астероидной угрозой за последние годы придумано немало. Самый древний (если считать фантастику и кино) это подрыв астероида ядерными зарядами. Такой метод показан и в «Армагеддоне», и в «Столкновении с бездной». Ядерные боеголовки могут растереть астероид в космическую пыль – ту самую, благодаря которой в околоэкваториальных областях ночами можно наблюдать зодиакальное свечение. Но это вовсе не обязательно. Даже разрушать источник потенциальной угрозы нет надобности. Достаточно при помощи ядерного взрыва подправить его траекторию так, чтобы он прошел мимо цели. Или (если речь идет о терраформировании Венеры) наоборот, направить его на цель. «Ядерный способ» сейчас считается самым быстрым – для нейтрализации угрозы астероид, по подсчетам ученых, достаточно обнаружить за несколько лет.

Не менее «оперативным» средством является таранный способ: чтобы астероид не ударился о Землю, надо ударить чем-то его. Тогда траектория полета космического тела изменится. Таранный способ имеет еще одно достоинство – он относительно дешев. Так, чтобы сбить с траектории 350-метровый Апофис, его надо таранить (естественно, не в лоб) космическим кораблем, имеющим вес около тонны. «Хаябуса» весила 510 кг, а весь проект обошелся в 150 млн. долларов по ценам 2003 года. Лишенный научной начинки корабль-таран в две «Хаябусы» весом вряд ли обойдется дороже.

Остальные способы требуют большего времени для реализации – потенциальную угрозу надо обнаружить примерно за десятилетие. Изменить траекторию опасного астероида можно при помощи космического буксира – корабль с мощными ионными двигателями может несколькими способами спихнуть астероид с орбиты. Также остановить астероид-убийцу можно… при помощи самого астероида: разместив на нем электромагнитную пушку, стрелять из нее кусками самого космического пришельца. При этом его масса будет уменьшаться, а траектория – меняться.

Наконец, можно создать постоянную «антиастероидную» батарею. В ее роли может выступать расположенное на орбите гигантское зеркало из тонкой пленки. С его помощью на опасном астероиде можно будет сфокусировать потоки солнечного света, что вызовет нагрев поверхности и испарение части массы опасного «гостя», а возникшая в результате испарения реактивная тяга изменит его орбиту. В «свободное» время» такое зеркало можно использовать и в мирных целях – например, освещая приполярные районы.

Такой же технологией двойного назначения может стать расположенная на Луне электромагнитная катапульта. В «мирное» время она сможет выстреливать на окололунную орбиту грузовые капсулы, а при «нападении» астероида – ударить по «врагу» каменным ядром и повторить это действие столько раз, сколько будет необходимо, чтобы «спихнуть» потенциальную опасность с траектории.

Катаклизм планетарного масштаба

На заре своего существования наша планета не просто сталкивалась с астероидами, а подвергалась постоянной бомбардировке из космоса. Это событие ученые окрестили «поздней тяжелой бомбардировкой», «лунным катаклизмом» и «последней метеоритной бомбардировкой». Очень хочется считать, что третий вариант названия окажется пророческим. В период от 4,1 до 3,8 млрд. лет назад, когда формирование Главного пояса астероидов еще не было закончено, внутренние планеты подверглись настоящему обстрелу. Именно в это время образовалась большая часть лунных кратеров. Ученые не склонны считать, что Венера, Марс, Меркурий и Земля оказались более счастливыми, чем наша ближайшая соседка, и предполагают, что за этот промежуток времени на Землю обрушилось 22 тыс. метеоритов, образовавших кратеры более 20 км в диаметре; 40 астероидов, оставивших после себя отметины более чем 1000-километрового размера и несколько настоящих гигантов, после которых на поверхности остались метеоритные чаши в 5 тыс. километров диаметром.

Астероиды на разборку

Астероиды не только несут в себе – как мы убедились – высокую, но маловероятную опасность. Они могут стать еще и настоящей палочкой-выручалочкой для земной цивилизации. Поэтому пока одни готовятся отбивать астероидную угрозу, другие уже строят планы переработки разбросанных в космосе астрономических богатств.

Сокровищницы в космосе

75% астероидов Главного пояса принадлежит к категории С – углеродистым. В их составе оксиды железа, оливин, кремний, магний и главное богатство – вода. Второе место по количеству занимают астероиды S-группы. Это силикаты различных металлов и опять-таки железо и магний. Металлические асероиды М-группы – настоящие летающие месторождения никеля и железа. Кроме того, «переработав» астероид, можно получить титан, кобальт, платину, марганец, молибден, родий. Один астероид М-класса километрового диаметра может содержать до 2 млрд. тонн железно-никелевой руды – в 2–3 раза больше, чем было добыто на всей нашей планете, например, в 2004 году. А 250-километровая Психея обеспечила бы человечество той же рудой на несколько миллионов лет. Да и другие ресурсы в Главном поясе имеются в изобилии. Так, двойной астероид Патрокл (пара небесных тел диаметром 122 и 112 км) целиком состоит из воды.

Все золото, кобальт, железо, марганец, молибден, никель, осмий, палладий, платина, родий, рений, рутений, добываемые сейчас из верхних слоев Земли, чаще всего являются остатками астероидов, падавших на Землю во время «поздней тяжелой бомбардировки» 4,1-3,8 млрд. лет назад. В земных недрах они перемешивались с пустой породой, окислялись – в общем – портились. А на астероидах все эти богатства лежат в чистом «первозданном» виде. Рыночная стоимость 1,5-километрового астероида составляет примерно 20 трлн. долларов США! И неудивительно, что уже создана компания Planetary Resources, которая ставит своей задачей переработку астероидных богатств. В этом году новоявленные космические старатели собираются запустить в космос миниспутники-разведчики для поиска подходящих астероидов. А на пятки уже наступают конкуренты – созданная с такими же целями компания Deep Space Industries.

Пока из «летающих сокровищниц» наиболее перспективными кажутся астероид (4660) Нерей, (6178) 1986 DA, (216) Клеопатра.

Как будет происходить разбор астероидов? Есть несколько технологий. Можно переместить астероид на орбиту между Луной и Землей, после чего разбирать его на составляющие в непосредственной близости от «потребителя». При этом, естественно, существенно сократятся затраты на доставку добытых металлов, особенно если обрабатывать руду тут же – на орбите. Невесомость и отсутствие атмосферы в данном случае может быть даже плюсом. Что же касается изменения орбиты астероида, то выше уже говорилось – для этого нужны не такие уж и большие усилия.

Так же рассматривается вариант «переработки» астероида прямо на месте с последующей доставкой руды на околоземную орбиту. Рентабельность этого способа в сравнении с транспортировкой самого астероида надо еще рассматривать, но в принципе автоматические космические рудовозы будут стоить на порядок дешевле пилотируемых межпланетных кораблей.

Наконец, третий вариант освоения астероидных богатств – полный цикл переработки прямо в поясе с отправкой на Землю уже чистых металлических слитков. И тут уже, как ни автоматизируй процесс, без участия человека обойтись будет сложно. А это порождает дополнительные проблемы: практически полное отсутствие силы тяжести на астероидах, космические излучения, создание систем жизнеобеспечения замкнутого цикла.

И тут-то следует обратить внимание на малую планету (а в прошлом – астероид) Цереру. Имея в диаметре 950 км, Церера на 25% состоит из воды. Также здесь в значительных количествах присутствует азот. Наличие этих веществ серьезно облегчает процесс создания обитаемой базы. Еще в 2004 году в NASA был проведен конкурс на лучший проект обитаемой станции на орбите Цереры, а опираясь на нее, можно начать освоение и самой малой планеты.

Кроме центра добывающей промышленности Главного пояса, в будущем Церере уготована еще одна роль: это отличный полустанок между планетами земной группы и газовыми гигантами с их спутниками. Пополнив на орбите Цереры запас топлива, кислорода и воды, которые будут добываться тут же, в Поясе, космические корабли с Земли или Марса смогут продвинуться дальше к Ио – с ее вулканами, океанам Европы, ледяным просторам Ганимеда и Каллисто, – которая, по современным представлениям, должна стать форпостом для освоения спутников Юпитера.

Председатель совета директоров Deep Space Industries Рик Тамлинсон рассуждает о перспективах, которые обещает освоение Главного пояса, в таком ключе: «В конечном счете, мы станем оазисом, где вы сможете получить воздух и топливо. Или своеобразной бензоколонкой на орбите. Вы также сможете взять шлак, который станет отходом этой реакции, и использовать его для строительства зданий и защитных сооружений на вашей новой планете».

Журнал "Планета", апрель 2014.




Отзыв пользователя

Нет отзывов для отображения.


  • Категории

  • Похожие публикации

    • Homo naledi
      Автор: Thorfinn
      В начале осени прошлого года напряженно работавшая команда палеоантропологов во главе с Ли Роджерсом Бергером наконец-то официально и полно обнародовала результаты исследовательского труда над доселе неизвестным видом из рода Homo. В комментариях ученых к этому открытию часто можно заметить эпитет «сенсация» – и, сказать по правде, расширение рода Homo еще на один вид и в самом деле является чрезвычайно важным для науки событием.
      Генезис человека
      По мнению современных ученых, ранняя эволюция человекообразных гоминин (подсемейство в семействе гоминид, в которое входит и род Homo) происходила на Африканском континенте. Доказано, что около 7 млн. лет назад там жил сахелантроп. Около 6 млн. лет назад – оррорин. Позже, уже около 4,2 млн. лет назад, в Африке по материку расселились австралопитеки. Сообщества предков людей активно осваивали африканские просторы и с переменным успехом боролись за выживание. В результате борьбы, адаптации и сопутствующей им эволюции примерно около 2,4 млн. лет назад в одной из многочисленных линий гоминин начался исключительно важный процесс – мозг человеческого предка начал увеличиваться в объеме. Именно объем мозговой коробки и ее пропорции к остальному телу являются важнейшими отличительными чертами человека от других млекопитающих.
      Первым «эрудитом», который мог похвастаться большим количеством серого вещества по сравнению с животными, был Homo habilis, Человек умелый, – его черепная коробка вмещала 400 – 600 см3 серого вещества. Именно этот вид начал изготавливать и применять орудия труда. Случилось это примерно 2,7 млн. лет назад, хотя имеются доказательства того, что предки человека изготавливали простейшие орудия труда намного раньше, до 3 млн. лет назад.
      Следующая эволюционная ветвь не заставила себя долго ждать – уже около 2 млн. лет назад появился Homo erectus, Человек прямоходящий. Принято считать, что этот вид научился эффективно использовать орудия труда и, что важно, успешно применять их в охоте. Исходя из этого африканский подвид Homo erectus назван Homo ergaster – Человек работающий. По сравнению с Homo habilis у Homo erectus объем черепной коробки увеличился вдвое и мог вмещать до 900 см3 мозга. Изменилась и мозговая структура – развились отделы, ответственные за абстрактное мышление, а также зона Брока, отвечающая за речь. Известно, что в районе 1,7 млн. лет назад Homo erectus стал выходить за пределы Африки и расселяться по Евразии. Люди этого вида научились делать более совершенные орудия труда, а также приручили огонь.
      Древнейшие представители Homo sapiens эволюционировали примерно 200 – 400 тыс. лет назад. Этот вид, как и его предшественники, зародился в Африке, после чего, как когда-то Homo erectus, распространился по всей доступной территории. Попутно происходила конкурентная борьба между существовавшими видами людей, например, с тем же эректусом, неандертальцами, денисовскими людьми и другими представителями Homo. В результате этой борьбы наш вид оказался единственным выжившим из всего рода людей и смог развиться до сегодняшнего состояния. Во всяком случае, такова наиболее популярная сейчас версия. Однако в противовес «африканской» существует и «мультирегиональная» теория, которая утверждает, что люди эволюционировали как один вид, начиная от Homo erectus, перемешивая собственные гены в естественных поисках наилучшей комбинации, результатом которой и стал Homo sapiens.
      В современной науке принято понятие антропогенеза не в виде концепции прямого пути от простого к сложному, а в виде разветвляющегося древа. Ученые утверждают, что в одно и то же время и даже на одной и той же территории могли жить бок о бок два, три или даже четыре разных вида людей. Так, ученым известно, что на том же отрезке времени, в котором получили распространение Homo erectus, существовали представители по меньшей мере 7 родов Homo, среди которых австралопитеки, неандертальцы, питекантропы и другие. Чем полнее ученые будут представлять себе общий процесс эволюции нашего рода, тем четче смогут ответить на вопросы, как именно сформировался наш вид. Каждое новое открытие в палеоантропологии вызывает бурные обсуждения в академической среде, а также в значительной степени дополняет мозаику генезиса человека.
      Ли Бергер
      Честь открытия нового вида древнего человека принадлежит американскому археологу и палеоантропологу Ли Роджерсу Бергеру.
      Ли Бергер родился в Шоуни Мишн, штат Канзас, в 1965 году. Уже в молодости он проявлял интерес к естественным наукам, участвовал в социальной и даже политической жизни штата Джорджия, добился признания в бойскаутской среде. В 1989-м он окончил Университет Южной Джорджии со степенью по антропологии, археологии и геологии. Бергера привлекали проблемы антропогенеза, и он решил продолжить свою карьеру в Университете Витватерсранда в Южной Африке. Параллельно с докторантурой он проводил научные изыскания, участвовал в экспедициях на перспективных раскопах и не переставал верить в мечту всех молодых ученых – о близком сенсационном открытии.
      В 1995 году новоиспеченный доктор палеоантропологии Ли Бергер получил место научного сотрудника в университете Витватерсранда. Ученый сосредоточился на весьма амбициозной цели – внести свой вклад в разрешение проблемы возникновения человеческого рода Homo в промежутке между двумя и тремя миллионами лет назад. Ученому сообществу известно, что 3 млн. лет назад на пике популярности древнего мира были австралопитеки. А уже в районе 2 млн. лет назад на сцене появляется тот самый Homo erectus, с развитым мозгом, миграционными амбициями и сходным с нашим строением тела. Бергер во что бы то ни стало хотел разгадать или хотя бы приблизиться к разгадке той эволюционной тайны, в результате которой обезъяноподобное животное за миллион лет эволюционировало в раннего человека.
      Однако время шло, кое-что интересное попадалось в руки ученого, однако результаты его трудов сложно было назвать сенсацией.
      Австралопитек седиба
      Неутомимая страсть Бергера к науке, оптимизм и вера в себя в итоге дали свои плоды. В 2008 году Бергер работал в ЮАР, неподалеку от Йоханнесбурга. Эта область занимает территорию в 474 км2, на которой щедро разбросаны известняковые пещеры. В этих пещерах начиная с 40-х годов прошлого века палеоантропологи извлекали из-под земли останки древних людей, живших под землей 2 – 3 млн. лет назад. Количество и важность таких находок стали причиной того, что за этой местностью закрепилось название «Колыбель человечества». С 1999 года этот культурно-археологический памятник находится в списке Всемирного наследия ЮНЕСКО.
      В последнее время раскопки в окрестностях Йоханнесбурга почти не велись. Внимание передовой палеоантропологической науки сконцентрировалось на совсем другом районе – большинство значимых открытий было сделано в Великой Рифтовой долине в Восточной Африке. Однако Ли Бергер поставил перед собой очень дерзкую задачу: опровергнуть мнение коллег о том, что все сколько-нибудь важные находки на тему древнейшей эволюции Homo в Южной Африке и в частности в «Колыбели человечества» уже давно сделаны. И в 2008 году ему улыбнулась удача – ученый обнаружил несколько костей древнего человека, торчащих из раскопа Малапа. Ухватившись за эту ниточку и мобилизовав помощников, он за год раскопал два практически полных скелета возрастом около 2 млн. лет. Это первая крупная находка в данной области за последние пару десятилетий. А последующие анализы в лабораториях позволили утверждать, что раскопанные кости принадлежали предку человека доселе неизвестного вида.
      Гордый результатом своей работы, Бергер назвал его Australopithecus sediba («sediba» означает «источник» или «колодец» в языке сото, одного из коренных народов ЮАР), а в дополнение привел аналогию между обнаруженными скелетами и Розеттским камнем – мол, они непременно помогут прояснить загадку человеческого происхождения.
      Строение скелета Australopithecus sediba оказалось довольно примитивным, но некоторые части уже сходны со скелетом современного человека. Несмотря на вспыхнувшие прения о месте открытого австралопитека на древе эволюции человека, Бергер получил заслуженное признание. И продолжил разработку раскопа Малапа в надежде найти другие останки Australopithecus sediba.
      А в сентябре 2013 года к профессору пожаловали двое спелеологов и рассказали такую непостижимую историю, от которой буквально веяло фантастикой, приключениями и сенсацией.
      Спелеолог должен быть голодным
      Спелеологи и геологи Педро Бошофф и Стивен Такер были знакомы Бергеру – они выполняли для ученого работы по предварительной разведке пещер на предмет археологического потенциала. И в тогда они пришли к ученому не с пустыми руками.
      В тот раз Стивен Такер вместе со своим коллегой Риком Хантером спустился в пещерную систему под названием Райзинг-Стар, в том же самом районе под названием «Колыбель человечества», в котором вел свои раскопки Бергер. Райзинг-Стар в целом пользуется популярностью у спелеологов – пещера разведана, не слишком сложна для прохождения и находится вблизи населенных пунктов. Приятели решили поразмяться на знакомой трассе и заодно проложить новый маршрут в уже известной пещере. Оставалась и надежда на какую-нибудь находку, полезную для археологов.
      Пещерная цепь Райзинг-Стар состоит из специфических участков с говорящими названиями. Например, входом в основные залы пещеры является узкий коридор под названием Путь Супермена, так как по нему можно продвигаться, только прижав одну руку к телу, а вторую выставив вперед, чтобы цепляться за породу. Оба спелеолога, как и большинство профессиональных спортсменов, были довольно худощавы, поэтому с легкостью преодолели узкое место. Далее проход расширялся, а затем Такер и Хантер взобрались на зубчатую стену, прозванную Спина Дракона. Здесь спелеологи решили немного передохнуть и осмотреться. Хантер заметил красивое скопление сталактитов и решил сфотографировать находку. Такер, чтобы освободить место для кадра, немного отошел в сторону и внезапно нащупал в Спине Дракона какую-то расщелину. Он попробовал осторожно спуститься в нее и понял, что ниже находится какой-то узкий естественный колодец. Такер окликнул Хантера, и спелеологи решили спуститься вниз на разведку.
      Тут худощавая комплекция мужчин снова существенно помогла им, так как колодец оказался неприятно узким и при этом довольно глубоким. После осторожного 12-метрового спуска Такер и Хантер оказались в небольшой пещере, которая соединялась проходом с пещерой побольше, на этот раз тупиковой. На одной из стен красовался выглядывающий из породы белый кальцит, а под ногами у спелеологов лежали человеческие кости. Их было необычайно много, они усеивали весь пол пещеры. И, без сомнения, они были очень старыми. Но вот насколько? Такер знал, что ископаемые останки возрастом в миллионы лет обычно скрываются в толще пород, наслоившихся на них за прошедшие века. А в этой пещере кости лежали прямо на полу, слегка припорошенные серой пылью.
      Прежде чем покинуть обнаруженную полость, спелеологи тщательно исследовали ее и сфотографировали все обнаруженное. Эти снимки Такер и показал Бергеру. Внимательно изучив их, ученый пришел к выводу, что это останки не современного человека. Более того, судя по форме челюсти и виду зубов, они не принадлежат ни одному из известных ископаемых предков человека. Сопоставив сделанные фотографии, Бергер осознал, что в пещере находится как минимум один полный скелет неизвестного науке человеческого существа. В палеоантропологии находка даже большинства костей скелета – явление экстраординарное, не говоря об обнаружении всех останков.
      «Требуются худощавые люди с высшим образованием»
      Объявление с такой формулировкой было опубликовано Бергером в социальной сети Facebook после того, как Такер рассказал ему о трудностях проникновения в пещеру. Фактические габариты тела в этом деле оказались чрезвычайно важны, и ученый, который в без малого 50 лет отличался не самым стройным телосложением, пожалел, что не сможет лично извлечь останки из Райзинг-Стар.
      Экспедиция формировалась в спешке, так как по положению костей было очевидно, что Такер и Хантер не первые посетители пещеры. Возможно, их предшественники не заметили останки, а возможно, не сумели распознать их ценность. Как бы то ни было, следовало торопиться, пока никто из ученых-конкурентов не перехватил этот перспективный участок. Через полторы недели после публикации объявления команда «подземных астронавтов», как прозвал их Бергер, была набрана. Экспедицию профинансировало Национальное географическое общество.
      В ноябре 2013 года возле входа в пещерную систему Райзинг-Стар вырос небольшой археологический городок. В нем было все необходимое для временного проживания 60 человек, а также специальные палатки с лабораторным оборудованием и технической аппаратурой. Сам Бергер не мог спуститься в пещеру, однако удовольствия от наблюдения за процессом раскопок он себя не лишил. Все археологи, которые спускались в пещеру, несли на себе видеокамеры, изображение с которых прямиком передавалось на мониторы командного центра, где в компании взволнованных коллег за процессом следил сам Ли Бергер.
      Археологи работали в пещере посменно по два часа, планомерно отправляя на поверхность мешки с костями. Когда работа по сбору останков с пола пещеры была закончена, специалисты приступили к осторожному высвобождению черепа, который торчал из грунта. Как только инструменты вонзились в пол пещеры, стало понятно, что его составляют плотно слежавшиеся кости, которые, как оказалось после, в некоторых местах образуют слой в 15 см.
      За три с лишним недели раскопок в ноябре 2013-го с дополнительными работами в марте 2014-го команда Ли Бергера подняла на поверхность свыше 1500 фрагментов скелетов, принадлежавших как минимум 15 различным особям неизвестного науке вида. Это было больше, чем любая другая находка, совершенная в Африке за все время существования палеоантропологии.




      Homo Naledi
      Когда раскопки были завершены, Бергер для ускорения процесса изучения вновь прибег к удачному способу рекрутинга через современные каналы коммуникации. Более полусотни специалистов, на этот раз обладающих весом в академических кругах, из 15 стран мира приехали в Йоханнесбург на блиц-исследование костей. Ученые трудились 6 недель. Итогом их работы стал вывод о том, что приобщение костей к любому известному сегодня виду человека проблематично. Останки имеют схожие с Homo habilis и Homo erectus черты черепа и челюсти, но отличаются от всех этих видов сводом черепной коробки и строением нижней и верхней челюстей. По объему черепной коробки обнаруженное существо приближается к Homo erectus больше, чем к остальным видам.
      Так как находка принадлежала к роду Homo, но не соответствовала ни одному известному виду, Бергер дал ей название – Homo naledi (на языке сото «naledi» означает «звезда», что отсылает к месту обнаружения костей – пещере Райзинг-Стар).
      Основная особенность открытого вида в его близости как к облику современного человека, так и к облику животного. Как отметил Стив Черчилль, палеонтолог из Дюкского университета в Северной Каролине, можно провести линию по бедрам: выше почти все примитивное, ниже – современное. Если бы мы нашли одну только стопу, можно было бы подумать, что умер какой-то бушмен.
      Взрослые особи мужского пола были около полутора метров в высоту и весили 45 кг. Женские особи в силу диморфизма были немного легче и меньше. Черепная коробка привлекала внимание всех ученых, работавших с костями. Судя по ее размерам, внутри головы у такого существа мог уместиться не очень большой мозг, примерно 560 см3, что приближает некогда живших существ к Homo erectus больше, чем к остальным видам.
      Как отметил Ли Бергер в финале исследований, «собранные данные свидетельствуют о том, что перед нами животное в ключевой момент трансформации из австралопитека в Homo. Все органы, которые соприкасаются с внешним миром, как у нас. Другие части тела сохраняют черты примитивного прошлого».
      Загадка пещеры Райзинг-Стар
      Археологический клад, которым стали кости Homo naledi для экспедиции Ли Бергера, таил в себе еще одну загадку. На извлеченных костях отсутствовали следы когтей и зубов животных, а также другие признаки насильственной смерти, которые могли свидетельствовать о том, что древние люди попадали в пещеру, убитые каким-нибудь хищником, живущим в глубине Райзинг-Стар. Вторая версия – что пещера использовалась в качестве жилища – не подтверждается находками. Да и посторонних останков, кроме костей Homo naledi, в пещере не нашли (несколько костей птиц и грызунов не в счет).
      Поразмыслив над этой загадкой, Бергер пришел к выводу, что экспедиция раскопала самое настоящее доисторическое кладбище. Действительно, культ почитания мертвых, погребение трупов и ритуальное поведение – вещи невообразимо древние. Еще на заре своего развития человеческое общество уже обладало определенной степенью осознания и абстрактностью мышления.
      Но в случае с Homo naledi это кажется невероятным: ведь открытые Бергером древние люди являлись все еще в большей степени животными, чем, собственно, людьми. Размеры их черепов не могут свидетельствовать о том, что они обладали развитым мозгом, а значит неспособностью к такому сложному поведению, как ритуал погребения. Однако факты налицо – кости намеренно и методично перемещались в пещеру и сбрасывались в колодец.
      При этом в подземелье не проникал солнечный свет, что невольно подталкивает ученых к выводу, что Homo naledi умели пользоваться огнем и освещали себе дорогу в темноте факелами или кострами. Впрочем, версия с огнем оспаривается: есть предположение, что пару миллионов лет назад пещера могла иметь несколько входов, да и вообще выглядеть иначе. Однако эта версия по-прежнему не объясняет феномен кладбища, которое устроили в Райзинг-Стар древние предки человека.
      Закрытый пещерный грот с сухим воздухом отлично сохранил кости. Ирония в том, что такие прекрасные условия стали причиной сложностей – теперь сложно дать ответ на вопрос о датировке находки. В случае с классическим извлечением останков из породы возраст костей определяется по возрасту слоев, их окружающих. К скелетам Homo naledi археологи не могут применить этот способ, так как кости свободно лежали на полу пещеры.
      Так что временной диапазон существования Homo naledi огромен. По одной версии, они жили около 2,8 млн. лет назад, что делает их прогрессивной переходной формой между австралопитеком и человеком прямоходящим. Другая версия называет период в 1,5 – 2 млн. лет назад, что делает их соседями более развитых популяций Homo. Это предположение ставит перед учеными множество вопросов, вроде межвидового взаимоотношения как на чисто физиологическом, так и на культурном уровне. Возможно, именно такое соседство способствовало перенятию Homo naledi тех умений, которыми они изначально не обладали – например, разведение огня, изготовление орудий труда и некоторые ритуалы, включая практику погребений.
      Исследования еще продолжаются, и вполне вероятно, что Ли Бергер и в самом деле сумел воплотить свою давнюю мечту – пролить свет на генезис человека. Ведь даже если обнаруженные им существа окажутся не настолько древними, как показывают строение и особенности их скелетов, Homo naledi все равно является важным ответвлением в общем дереве антропогенеза. Находка Бергера уникальна, однако вместе с очередным триумфом науки не стоит забывать о том, что, цитируя палеоантрополога Фреда Грайна из университета в Стоуни-Брук, «если вы думаете, будто мы уже нашли достаточно окаменелостей, чтобы составить рассказ об эволюции, то вы ошибаетесь».
      Журнал "Планета", апрель 2016.
    • Вызывающие дождь
      Автор: Thorfinn
      Когда в выходной день небо затянуто тучами и льет холодный дождь, ставящий крест на чудесных планах, многие из нас мечтают о возможности просто «выключить» осадки, как воду из крана. Ну, а для сельского хозяйства возможность «призвать» живительную влагу засушливым летом или отогнать портящий посевы град и вовсе была бы настоящим благом. Люди издавна мечтали о возможности «заказывать» нужную погоду. Наши предки жгли ритуальные костры на Масленицу, Белтайн или Ивана Купалу, вымаливая нужную погоду у богов. Но и теперь, вооруженные современной наукой, далеко ли мы ушли от них? Существует ли возможность управлять стихийными явлениями?



      От чего дует ветер?
      Легкий ветерок, приятно освежающий в жару, порой сменяется сильнейшим ураганом, вырывающим деревья с корнем. Почему так случается?
      Воздушные потоки на нашей планете рождаются благодаря Солнцу. Светит оно, конечно, одинаково для всех, но сквозь высокие слои атмосферы его лучи проходят свободно, оставляя пласты холодного воздуха, постепенно опускающиеся вниз. А ближе к земле, где дополнительный прогрев воздуха обеспечивает согретая лучами светила почва и вода, уже легкие теплые массы устремляются ввысь. Эти процессы подчинены строгим физическим законам, однако они настолько сложны, что непосвященному кажутся настоящим хаосом. Прогрев происходит неравномерно – например, над теплым морем ночью воздушные массы поднимаются быстрее, а так как природа не терпит пустоты, на их место стремительным ветром несутся более холодные с другой стороны. Гигантские воронки раскручиваются в вихри, циклоны и антициклоны.
      Управлять всей этой мощью человечество желало издревле. Но пока что даже до конца понимать и предсказывать рождение урагана или торнадо со стопроцентной вероятностью ученые так и не научились. А уж о том, чтобы эффективно остановить ветер, приносящий дождевые и градовые тучи, даже современная наука только мечтает. Хотя раз известна причина их возникновения, то почему бы не попробовать?
      Разнообразные проекты «тучеразгонителей» появились еще в начале прошлого века. Но предлагаемые гигантские вентиляторы на паровой тяге уже тогда казались ученым бесперспективными. А вот идея попробовать вызвать ветер, приносящий облака, манипулируя нагревом атмосферы и, соответственно, восходящими потоками воздуха, была весьма заманчивой.
      Первыми, кто рискнул опробовать эту технологию, оказались французы. В 1954 году в окрестностях города Ланнемезан на поля было вывезено множество бочек с дизельным топливом и соломой. Их расставили на большой площади и подожгли. Образованные такими гигантскими кострами потоки раскаленного воздуха устремились вверх, создав, как и предполагали ученые, искусственную зону пониженного давления – рукотворный циклон, который повел себя так же, как его природный собрат. Над Ланнемезаном, несмотря на солнечную, не предвещавшую никаких осадков погоду, быстро начали сгущаться темные тучи. В те времена еще далеко не так заботились об экологии как сейчас (в наши дни никто не позволил бы проводить подобный эксперимент), и чтобы проследить поведение «своих» облаков, в них распылили аммиак. И анализ осадков в округе показал, что рукотворные тучи, как и естественные, подчинялись всем положенным метеорологическим законам – в предсказанное время, в положенном месте они пролились на землю дождем. Это была настоящая сенсация: управление погодой действительно стало реальностью. А уже в 1961 году Анри Дессен сделал готовое устройство, работавшее по такому же принципу – создававшее мощный поток теплого воздуха, направленного вверх. Сотня форсунок на жидком топливе выдавала тепловую мощность в 700 тыс. киловатт – такой никакими кострами не достичь, да и мобильность системы куда больше, чем у бочек с горючим. Это устройство изобретатель назвал «Метеотрон».
      Строго говоря, ни ученые из Ланнемезана, ни Анри Дессен отнюдь не являются первооткрывателями способа создания циклона с помощью прогрева воздуха. Этой технологией давно и успешно пользуются в Африке аборигены из долины Конго. Когда засуха начинает угрожать будущим урожаям (которые напрямую зависят от разливов реки), они в ответ угрожают небу, устраивая гигантские пожары. Сколько киловатт энергии уходит в атмосферу, ученые подсчитать не смогли, но во влажном климате тропиков этого вполне достаточно, чтобы «приманить» дождевые тучи.
      Эксперименты такого рода проводились во второй половине ХХ века во всех странах, и СССР, как достаточно богатая и обладающая развитой наукой держава, тоже не остался в стороне. Проблема недостатка влаги достаточно остро вставала для многих регионов. Особенно остро она ощущалась в Армении. Единственный крупный источник воды – высокогорное озеро Севан – стремительно мельчало. Оно пало жертвой попыток «улучшения» климата, проводившихся здесь еще с 30-х годов прошлого века. Отвод воды для нужд сельского хозяйства, углубление русла вытекающей из озера реки Раздан, чтобы поставить на ней электростанцию, наполеоновские планы по освоению осушаемых земель – все это вылилось в принудительное снижение уровня воды на 13,7 м. Уже к 1950 году экологи забили тревогу – и проект был пересмотрен. Осушенные земли оказались неплодородными, появились более современные и эффективные модели гидроэлектростанций, а Севан все еще оставался единственным резервным источником пресной воды в целой республике. И он быстро оскудевал. К тому же количество органических веществ по сравнению с 1930-ми годами возросло в 7 раз, и озеро начало цвести. Тогда и был предложен довольно амбициозный проект – чтобы ускорить восстановление уровня воды, решили не только демонтировать дренажные системы, но и искусственно увеличить количество выпадающих в этом регионе осадков (и без того немалое). Обратившись к изобретению Анри Дессена, советские ученые превзошли его и создали «Суперметеотрон». Титаническое сооружение состояло из 6 реактивных двигателей, снятых с отслуживший свой срок самолетов Ту-104, размешенных на бетонных опорах по краям огромного шестиугольника. Сопла были направлены так, чтобы реактивные струи сходились в одной точке под углом строго 90 градусов друг к другу и попадали в 10-метровую форсажную башню. Расчетная мощность составляла 1 млн. 127 тыс. кВт, которые раскаляли до 1100 °C поток газа, вырывающийся в небо со скоростью в 570 м/с!
      В наше время повторять такие проекты уже никто не решится, так как количество выбросов в атмосферу получается колоссальное, и еще неизвестно, что оказалось бы для озера хуже. Да и сжигание тысяч тонн далеко не дешевого авиационного горючего – не самый лучший способ решения подобных вопросов. Зато человек в очередной раз доказал – именно он хозяин природы.
      Цифры расходуемой «Метеотроном» энергии действительно впечатляющие. Между тем, это лишь капля в море по сравнению с тем количеством тепла, что воздействует на атмосферу в естественных условиях. По расчетам академика Е.К. Федорова, энергия, затрачиваемая природой на создание кучево-дождевого облака средних размеров, эквивалентна взрыву атомной бомбы! «Суперметеотрон» же смог всего лишь дать начальный импульс, прогревая самые нижние слои воздуха и «проталкивая» его вверх. А дальше уже весь процесс шел самостоятельно, за счет потенциальной энергии «дремлющих» в состоянии шаткого равновесия воздушных масс.
      Из чего состоят облака?
      Основные «творцы» погоды – это ветер и облака.
      То, что облака являются скоплениями водяного пара, нам известно еще из школьного курса физики. Но почему в одних случаях они мирно проплывают мимо, оставляя иссохшую землю без капли дождя, а в других – проливаются обильными ливнями, смывая плодородную почву и затапливая целые районы, а то и вовсе обрушиваются на будущий урожай губительными горошинами града?
      Солнце нагревает нашу планету, испаряя с поверхности рек, озер, болот, морей и океанов миллионы тонн воды. Вместе с теплыми восходящими потоками вся эта влага уходит на высоту нескольких километров, где царит вечный холод. Казалось бы, по всем законам физики она должна превратиться в капли или лед и пролиться дождем или снегом обратно на землю. Но все далеко не так просто, как кажется на первый взгляд. Да, пар действительно конденсируется в капли, вот только мощные струи воздуха дробят их на частички диаметром в десятки раз меньше толщины человеческого волоса. И эти микроскопические шарики, хоть и состоят уже не из пара, а из жидкости, обладают совершенно иными физическими свойствами, чем та же вода в больших объемах. При таких крошечных размерах сила поверхностного натяжения каждой такой микрокапли начинает играть огромную роль – и объединяться в обычные капли, чтобы выпасть на землю, вода просто отказывается. Для того чтобы это произошло, необходимы «ядра», вокруг которых конденсировались бы микрокапли. Обычно ими становятся уже замерзшие частички – ведь там, в облаках, практически всегда царят холода. Но и тут есть небольшая загвоздка, долго не дававшая покоя ученым. Так, если нуля градусов по Цельсию вполне достаточно для замерзания лужи, а при –15 0С коркой льда покрываются даже реки, крошечные капельки остаются жидкими при гораздо меньших температурах – порой до –30 0С и даже ниже! Так что «стерильные» облака (в том числе и искусственные, получаемые в лабораториях) способны блуждать практически бесконечно, не обращая внимания на холода. Как же заставить облако пролиться дождем?
      Первые эксперименты были направлены именно на замораживание частиц воды в облаках: раз уж аэрозольная взвесь настолько устойчива к низким температурам, почему бы не попробовать ее охладить до сверхнизких? В дело пошел сухой лед. Замороженный до твердого состояния углекислый газ имеет температуру ниже –78,5 0С, и уж он-то должен справиться! Расчеты оказались совершенно верными. При попадании в облако мелких холодных частиц микрокапли действительно стали замерзать, слипаться и собираться в различного размера кристаллы. Но полученным эффектом ученые оказались категорически не довольны: такая технология годилась разве что для того, чтобы «разрядить» неугодную тучу. Предсказать же точно, что из нее пойдет – благодатный дождь или смертоносный для посевов град, – оказалось весьма затруднительно. К тому же обработка облаков была возможна исключительно с помощью авиации – доставить капризный сухой лед на высоту другими способами просто невозможно.
      Ученые стали выяснять, что же еще заставляет микрокапли собираться в более крупные образования и превращаться в дождь, снег или град. Оказалось, что такими «ядрами» могут служить и мельчайшие частицы пыли, гари или пепла. Они поднимаются на огромную высоту с восходящими потоками воздуха. Доктор физико-математических наук Горбунов в своей статье «Метеотрон – машина погоды» недаром очень образно сравнил облака с гигантскими пылесосами. Это вполне естественный механизм, которым природа защищает сама себя. Стоит разгореться действительно серьезному пожару, как привлеченные разогретым воздухом тучи соберутся над очагом, а гарь и пепел вынудят их пролиться дождем. И этот механизм срабатывает не только во время сугубо естественных катастроф (вроде того же извержения вулкана, погубившего Помпеи). Так, хорошо известен случай, произошедший в Японии в 1274 году, когда монгольский хан Хубилай попытался высадить первый морской десант на одном из островов архипелага. Когда у монгольских «морских пехотинцев» закончился запас стрел, захватчикам пришлось отступить. Но перед тем как покинуть остров, они подожгли все окрестные деревни и храмы. Однако грандиозный пожар не успел нанести никакого существенного урона: тут же сгустились тучи, поднялся ветер, и горящие постройки залило хлынувшим с небес дождем. Для отступавших монголов последствия его оказались и вовсе печальными – обрушившаяся на них буря потопила все корабли. Самураи восприняли это как божественное вмешательство, защитившее их родину – на деле же войска Хубилая сами оказались повинны в своей гибели. Да и позднее, во время Второй мировой войны, когда 27 июля 1943 года в полночь американские самолеты, сбросив на Гамбург несколько тысяч тонн фугасных и зажигательных бомб, вызвали грандиозный пожар. Несмотря на совершенно сухую, устойчивую погоду, нагретый воздух образовал над городом гигантский восходящий вихревой столб, который даже вырывал из земли деревья. А через несколько минут над Гамбургом образовалось громадное дождевое облако и хлынул сильнейший ливень (который, правда, так и не смог справиться с современными зажигательными средствами).
      Но такой природный катализатор, как частицы гари, к сожалению, еще менее пригоден для регуляции погоды, чем сухой лед. Для быстрого реагирования на уже существующие погодные условия он не годится. Хотя его действенность в естественных условиях подтверждается ежегодно и повсеместно – например, недавние большие лесные пожары в Испании и Франции тоже сопровождались проливными дождями, которые, в итоге, существенно способствовали усилиям интернациональных пожарных бригад в борьбе с огнем.
      Серебряные дожди
      Но для того чтобы выпадение осадков можно было по-настоящему эффективно контролировать, в дело должна была вступить химия. Еще в 1949 году доктор метеорологических наук Бернард Воннегут нашел то самое вещество, которое до сих пор остается основным «регулятором» дождей – иодид серебра. Микроскопические (намного меньше даже тех самых микрокапель, из которых состоит облако) частички оказались замечательным катализатором!
      Дальнейшие исследования доктора Воннегута и вовсе совершили переворот в метеорологии. В своей экспедиции в Пуэрто-Рико в 1949 году он провел ряд исследований с облаками, имевшими температуру выше нуля. И сумел доказать, что образование капель вполне возможно даже минуя стадию снега (до этого считалось, что вначале в любом случае образуются микрокристаллики льда, которые после тают и превращаются в дождь).
      Это была настоящая сенсация! Иодид серебра открыл огромные возможности в регулировке погоды. Во-первых, он инициировал реакцию в облаках при относительно высоких температурах, заставляя дождь выпадать в нужное время и в нужном месте. Во-вторых, дальнейшие исследования в различных странах позволили разработать методики настоящей манипуляции дождевыми и градовыми тучами. В зависимости от типа облака и необходимого эффекта простой расчет необходимой дозы и подбор способа введения одного и того же реагента позволял или заставить градовую тучу превратиться в дождевую, или дождевую пролиться там, где необходимо.
      Россия, США, Аргентина, Франция, Германия, ЮАР, Испания и многие другие страны активно проводят мероприятия по управлению погодой. Особо ценной оказалась разработанная в СССР методика борьбы с градом. Введенный в переохлажденную часть градовой тучи иодид серебра вызывает моментальное образование совсем мелких градин, которые просто тают, не долетая до земли, и не оставляет времени на формирование крупных частиц льда, способных повредить сельскому хозяйству.
      Еще одним неоспоримым плюсом является огромный выбор способов доставки реагента к облаку. Его можно распылять с помощью специальных генераторов с самолетов, как это происходит в Европе и США. Можно отправлять в небо с помощью ракет (именно так Китай обеспечил солнечную погоду во время олимпиады в Пекине, пришедшейся на дождливый сезон). А в Армении, Грузии и на Кавказе еще с советских времен на защите виноградников стояли противоградовые батареи из отслуживших свой срок зенитных пушек со специальными снарядами. К сожалению, и военные нашли применение этому чудесному веществу – именно им США в ходе операции «Шпинат» засеивало облака над «Тропой Хо Ши Мина» во время вьетнамской войны, надеясь в буквальном смысле смыть противника с лица земли.
      Но даже такой чудесный реагент, как иодид серебра, не лишен недостатков. Во-первых, он достаточно дорогой. И хотя на одну обработку расходуется всего от 10 до 50 г вещества, в масштабах планеты набегают уже целые тонны. Во-вторых, это вещество довольно токсично, что весьма не нравится экологам. Так что, несмотря на все достоинства такого метода управления погодой, используется он только в самых крайних случаях, а ученые активно ищут ему замену.
      Стрельба по облакам
      Одной из альтернатив вполне может стать звук. Какими бы смешными и нелепыми ни казались нам призывы грозовых ливней с помощью боя в тамтамы или стрельбы из пушек, рациональное зерно в таком методе действительно есть. Мельчайший аэрозоль облаков настолько нестабилен, что заставить его пролиться дождем можно, в том числе, с помощью сильных колебаний воздуха. Патенты на акустические пушки получены во многих странах, в том числе и в России. Еще в 1960–70 годы были проведены испытания противоградовой пушки. Для начала опыты провели в лабораторных условиях с искусственным туманом в камере объемом 500 м3. В качестве источника звука использовали низкочастотный звуковой генератор высокой мощности, и через рупорное устройство направили звуковые волны в камеру. Результат оказался весьма обнадеживающим – колебания с частотой 170–200 герц действительно вызывали снижение плотности тумана в 20–30 раз и смогли изменить его микроструктуру.
      После первого же успешного опыта ученые перешли к экспериментам на открытом воздухе. В специальную камеру сгорания подавали газообразную горючую смесь и поджигали электрическим запалом, совершая этакий своеобразный холостой выстрел. Мощная ударная волна со сверхзвуковой скоростью устремлялась к облакам. Но, хотя результат и был положительным, как противоградовая установка акустическая пушка оказалась не особенно эффективной. Дело в том, что звуковая волна достаточно быстро теряет скорость, и ее воздействие ослабляется. Оптимальной дистанцией оказались 30–40 м, причем для этого необходима сила звука в 140–150 децибел (для сравнения: 140 децибел – это громкость взлетающего реактивного самолета). Зато эта технология может весьма неплохо зарекомендовать себя, например, в аэропортах. С ее помощью можно оперативно разогнать туман на летном поле.
      Идею второго способа предложил опять-таки доктор Бернард Воннегут. Он еще в 1953 году выдвинул теорию о возможности образования крупных капель просто под воздействием атмосферного электричества. Хотя такое предположение и расходилось с общепринятыми в то время взглядами, на исследования в этой области денег не пожалели. И результат оказался положительным. Действительно, микрокапли с различным зарядом начинали объединяться, превращаясь в дождь, а с одинаковым – отталкивались друг от друга, предотвращая образование града. Дело оставалось за малым – найти способ изменения заряда облаков в естественных условиях, а не в лаборатории.
      Наиболее многообещающим агрегатом в этой сфере выглядит лазер. Проходя через атмосферу, его лучи вызывают ионизацию воздуха, создавая из озона и оксидов азота, разбитых мощными импульсами в 3,5 тераватта, азотную кислоту. В столь мизерных количествах она совершенно безвредна для экологии и полностью реагирует с окружающими частицами – земли достигают лишь совершенно безопасные соли, да еще и в микроскопических дозах. Но за недолгое время своего существования кислота успевает выступить замечательным очагом концентрации микрокапель. Группе немецких и швейцарских ученых удалось добиться нужного эффекта в лабораторных условиях, а в прошлом году с помощью мобильной лазерной установки провести и испытания на открытом воздухе. Пока что результаты малоутешительные – удалось добиться только незначительного повышения влажности и легкой мороси. Причину этого изобретатели видят в недостаточной мощности лазера – все-таки подобные технологии у нас пока что развиты гораздо хуже, чем химия. Хотя их американские коллеги, также потерпевшие неудачу на полевых испытаниях, предложили несколько усовершенствованный метод. Чтобы основной луч не так рассеивался и терял мощность в атмосфере, ученые Университета центральной Флориды и Университета Аризоны пытаются заключить его в луч меньшей интенсивности, что обещает в перспективе более низкие энергетические затраты. На данный проект в США уже выделено 7,5 млн. долларов.
      Дело в том, что использование лазеров, как минимум, позволит сэкономить на дорогостоящих реагентах и средствах их доставки (что, несомненно, делает этот метод более привлекательным с экологической точки зрения). И даже больше: лабораторные испытания показали, что направленная ионизация различных слоев облаков способна вызвать и совершенно противоположный эффект – вместо выпадения осадков, тучи могут «высохнуть». А это уже действительно почти полный контроль – повернул вентиль, прибавил мощности и получил дождь, а когда надо – повернул в другую сторону, и снова засияло солнышко.
      И эта фантастическая картина уже не за горами. Но хочется верить, что прежде чем управление погодой станет доступным и контролируемым процессом, ученые просчитают последствия своих экспериментов на случай, если несколько разных «пользователей» будут тянуть тучу-одеяло на себя.
      Журнал "Планета", июнь 2015.
    • Цена невидимости
      Автор: Thorfinn
      Существует ли связь между маленькими медными колечками, диагностикой рака, суперлинзами, нанотехнологиями и шапкой-невидимкой?

      И возможна ли невидимость в принципе?

      История о шапке-невидимке имеет мало общего со сказкой. Правда, в ней есть свои рыцари и алхимики. Есть суперлинзы, которые могут видеть то, что обычно видеть нельзя. Есть «неправильные» волны, которые существуют в природе, и загадочные материалы, которых в природе вовсе нет…

      В общем, история эта, хоть и не сказочная, оказалась на удивление замысловатой. Она тянулась долгих 40 лет. И вряд ли даже ее участники предвидели, чем в итоге обернутся их поиски и мечтания…

      А начнем мы с материала, из которого можно «сшить» шапку-невидимку.

      Электроны и «неправильные» волны

      В далеких 1960-х в Физическом институте им. Лебедева трудился советский физик Виктор Георгиевич Веселаго.

      Вообще-то ни о какой невидимости ученый даже не помышлял. А занимался разнообразными сложными веществами, в частности – полупроводниками, которые одновременно являются магнитами.

      Среди прочего интересовали Веселаго и оптические свойства различных веществ. И вот в ходе своих исследований он пришел к неожиданному по тем временам выводу. Оказалось, что существование материалов с отрицательным коэффициентом преломления не противоречит ни одному известному закону физики.

      Как известно из школьного курса, окружающий мир мы видим благодаря тому, что глаз человека позволяет воспринимать отраженный тем или иным объектом свет (электромагнитные волны). При этом «картинка» напрямую зависит от свойств вещества, из которого этот объект состоит.

      Электромагнитная волна (в том числе видимый свет), проходя через атомы вещества, приводит в движение электроны. Со временем это движение затухает, а электроны излучают полученную энергию в виде новой электромагнитной волны, которая представляет собой отклик вещества на внешнее поле. Обе волны складываются – так получается истинное электромагнитное поле внутри вещества. Это поле также представляет собой волну, но она несколько отличается от исходной. Чтобы описать это различие, физики используют так называемый показатель преломления. Он определяет структуру волнового поля в веществе и является одной из важнейших оптических характеристик вещества, определяющих распространение в нем электромагнитных волн.

      Сам Веселаго называл материалы с отрицательным показателем преломления «левыми» (в отличие от обычных, «правых», сред). Название это прижилось и широко используется по сей день.

      «Левые» материалы имеют очень интересные «отношения» со светом. По расчетам советского ученого выходило, что двояковыпуклая линза, изготовленная из материала с отрицательным показателем преломления, должна рассеивать свет вместо того, чтобы фокусировать его в точку. А простая пластинка из такого материала должна обладать свойствами, отчасти сходными со свойствами линзы. Карандаш, частично погруженный в жидкость с отрицательным преломлением, будет казаться изогнутым наружу.

      И еще (и это особенно важно для нашего рассказа) световая волна, проходя через «левую» среду, приобретает весьма необычные свойства – если бы мы увидели ее невооруженным глазом, нам бы казалось, что она… движется вспять! Именно отсюда, похоже, появилось название «неправильная» волна. Не строго научное, зато простое и понятное.

      Впрочем, сам Веселаго свои выводы делал исключительно на бумаге, так как обнаружить «левые» материалы в природе ему не удалось. Синтезировать же их при тогдашнем уровне техники оказалось невозможным, а потому расчеты советского физика забросили в стол на… 30 лет. Да и сам Веселаго очень скоро занялся совсем другими исследованиями.

      Тем не менее, именно «неправильные» волны и «левые» материалы оказались той тканью, из которой кудесникам-ученым удалось-таки сшить шапку-невидимку.

      Состав? Нет – структура!

      Попытку создать то, чего не создала природа, повторили в США. В 2000 году экспериментальная группа из Калифорнийского университета под руководством Дэвида Смита получила первый «левый» материал.

      Решив не возиться со сложными химическими формулами, Смит сосредоточился на… геометрии. И получил поразительные результаты. И понадобилось-то всего ничего – изолирующая основа и множество медных стержней и колечек, разомкнутых в виде буквы С. Такую идейку подкинул своему американскому коллеге Джон Пендри из Имперского колледжа в Лондоне.

      По сути, каждая пара «колечко–стержень» воспроизводит в несколько увеличенном масштабе процессы, которые происходят в атоме под воздействием электромагнитного поля. В результате новый материал приобрел свойства, радикально отличающиеся от свойств его составных частей.

      Причем варьируя размеры отдельных элементов, можно существенно изменять свойства нового материала. Что, конечно, проблематично провернуть с атомами.

      Первый «левый» материал, например, вел себя как «левый» в отношении радиоволн и как «правый» в отношении рентгеновских лучей и света. Так что в 2000 году непосредственно о невидимости речь пока не шла. Но важный шаг был сделан – существование «левых» материалов доказали экспериментально.

      В 2005 году Д. Смит (США), И. Иконому (Греция), И. Озбей (Турция), К. Соукоулис (Греция) и Д. Пендри (Великобритания), работы которых положили начало новому направлению физики, были удостоены Премии Декарта и разделили денежный приз 1,1 млн. евро.

      Благодаря особой технологии получения, материал Пендри относится к так называемым метаматериалам – искусственным материалам, свойства которых определяются не столько химическим составом, сколько геометрической структурой. К метаматериалам также относятся фотонные кристаллы и некоторые другие изделия из сферы нанотехнологий.

      Все метаматериалы обладают полезными свойствами только в некоторой весьма ограниченной области. Это существенно сужает область их применения и заставляет постоянно искать новые решения, пригодные для использования в других областях.

      Суперлинзы и невидимость Пендри

      Итак, материалы, которые выглядят достаточно экзотично, чтобы послужить основой для шапки-невидимки (или плаща-невидимки, как его называют в англоязычной литературе), были найдены. Однако требовалось еще найти для них подходящую форму, иначе невидимость осталась бы недостижимой мечтой. Помогла еще одна замечательная находка, связанная с «левыми» метаматериалами.

      Дело в том, что область применения обычных линз ограничена дифракционным пределом – в обычную линзу нельзя различить детали изображения меньшие, чем длина волны видимого света. По этой причине обычный оптический микроскоп, с которым большинство знакомо еще с детства, не может показать нам отдельные атомы или молекулы. Чтобы «увидеть» такие малые объекты, физики придумали множество ухищрений – электронные и атомно-силовые микроскопы, рентгеновские и нейтронные дифрактометры и т.п. Все эти установки чрезвычайно дороги и требуют исключительно тонкой настройки. Поэтому идея о суперлинзе, для которой дифракционное размывание отсутствует, была чертовски привлекательной. Вот только загвоздка – таких линз просто не было!

      Но в том же 2000 году Д. Пендри показал, что простая пластинка из «левого» материала может служить суперлинзой, и исследователи по всему миру взялись за работу. Правда, идея Пендри была реализована далеко не сразу. Оказалось, что суперлинзы очень чувствительны к свойствам метаматериала, из которого они сделаны. Однако эти временные затруднения не помешали королеве Великобритании произвести ученого-теоретика Пендри в рыцари за его немалые заслуги в той части физики, которую он сам помог создать. Это знаковое для ученого событие произошло в 2004 году, а всего лишь через год две независимые группы исследователей уже рапортовали об успешном преодолении дифракционного предела.

      Но сэр Пендри и не думал останавливаться на достигнутом. В начале 2006 года в журнале «Science» он в соавторстве с уже упомянутым Смитом и его коллегой Шуригом описал… конструкцию «плаща-невидимки»! Необычная «одежка» представлялась им сферической суперлинзой из «левого» материала.

      Любой объект, помещенный внутрь «плаща», должен был, по теории исследователей, стать невидимым! Свет, испускаемый им, не сможет выйти за пределы сферы. А луч, направленный на объект извне, обогнет внутреннюю часть сферы, пройдет через оболочку из метаматериала и выйдет наружу. Но самое главное – конфигурация вышедших из сферы лучей практически не изменится, как будто на их пути вообще не было никакого препятствия!

      Поэтому сфера из метаматериала, спроектированного для микроволн, будет почти невидима на экране радара. А предназначенная для оптических лучей – обманет глаз человека, даже если он будет смотреть прямо на нее! Наблюдатель просто увидит все то, что находится позади объекта, в почти неискаженном виде! Кроме того, сфера не будет отбрасывать тени. Настоящая невидимость!

      Для сравнения скажем, что технологии типа «стелс» либо поглощают все падающие на «засекреченный» объект электромагнитные волны, либо рассеивают их таким образом, чтобы сбивать с толку радары. Если бы такие технологии удалось применить для видимого света, то в первом случае на месте скрытого объекта оказалось бы черное пятно, во втором – мешанина из цветных пятен и полос. Согласитесь, не вполне то, что нужно.

      Настоящая» невидимость, естественно, очень привлекательна для людей в погонах, и совсем не удивительно, что работы сэра Пендри и Смита получили хорошее финансирование. Впрочем, для данной технологии, безусловно, можно найти и «мирное» применение. Например, это эффективная защита для чувствительных приборов. Или не создающие помех направляющие линии, которые смогут обводить сигналы сотовой связи вокруг препятствий. Или можно накрыть невидимым куполом здание, которое портит вид из окна! Было даже высказано предложение приспособить технологию невидимости для обычных акустических волн – чтобы с его помощью буквально прятать здания от землетрясений!

      Математика принимает вызов

      Однако при всей массе достоинств у «плаща-невидимки» нашелся один очень серьезный недостаток. Человек, окутанный «сферой невидимости», не сможет видеть свет от объектов, находящихся снаружи, т.е. фактически будет слеп! Подобно многим другим вещам, как бы заманчиво ни выглядел сказочный «плащ» снаружи, изнутри все уже не так привлекательно. Так что невидимость, не отрезающая объект от окружающего мира, оставалась задачей № 1.

      Кроме того, на повестке дня появился фундаментальный вопрос – возможна ли абсолютная невидимость для всех электромагнитных волн сразу? Как ни странно, на этот раз решение пришло из совершенно неожиданной области – из медицины.

      Штатовский математик Аллен Гринлиф и его коллеги, Метти Лессес и Гюнтер Ульменн, с 2001 года разрабатывали теорию электроимпедансной томографии (ЭИТ). С помощью закрепленных на теле пациента электродов подводится переменный электрический сигнал и регистрируется отклик, который дают живые ткани. По этому «эху» путем математических преобразований строится карта электрической проводимости разных участков организма. Сравнивая ее с известными данными для здоровых органов, можно с высокой точностью выявить различные патологии, например раковые опухоли.

      Разумеется, эти работы не содержали ни слова о невидимости. Однако математические уравнения, использованные в работе Пендри, Шурига и Смита, оказались практически такими же, как и в работах «математиков в белых халатах»! Это позволило Гринлифу и его коллегам провести глубокий теоретический анализ проблемы и предложить ряд ценных идей. Исходя из своего опыта, математики уже хорошо знали, что важнейшую роль для существования невидимости играет поведение электромагнитного поля внутри «плаща», т.е. в непосредственной близости к «скрытому» объекту.

      Оказалось, что внутренняя поверхность плаща выглядит... как зеркало! Поэтому закутанный в «плащ» человек будет видеть лишь свое отражение.

      Еще более серьезная проблема возникает, если под плащом размещен источник электромагнитных волн – фонарик, сотовый телефон и т.п. Волны от этого источника сконцентрируются у поверхности плаща и, вероятно, разрушат невидимость.

      Чтобы решить эту проблему, Гринлиф и его коллеги предложили сделать в плаще подкладку из специально подобранного материала. Математики также доказали, что невидимость в принципе возможна для электромагнитных волн любой частоты (в частности, для света всех цветов, от красного до фиолетового). А это ни много ни мало строгое обоснование принципиальной возможности достичь абсолютной невидимости.

      Совсем недавно, в начале сентября 2008-го, появилась статья китайских ученых – «Анти-плащ». Как явствует из названия работы, китайцы предложили создать в дополнение к «плащу-невидимке» еще один плащ, который будет разрушать эффект невидимости в тех местах, где плащи соприкасаются. Это позволит человеку-невидимке избежать изоляции от внешнего мира.

      Особый интерес для нас представляет еще одна недавняя теоретическая работа. В июне 2008 года математик Грейм Милтон (США) обнаружил у суперлинз эффект маскирующей зоны. Согласно его исследованиям, объект не нужно помещать внутрь оболочки, которая является суперлинзой. Достаточно разместить его снаружи вблизи поверхности линзы. Расчеты ученого показали, что отраженный от такого объекта свет не достигнет наблюдателя и объект будет невидим.

      Такой рецепт невидимости больше похож на «шапку-невидимку», ведь отпадает необходимость целиком заворачивать объект в «левый» материал. Однако маскирующие зоны еще слабо изучены, в частности, неизвестно, можно ли будет спрятать объект значительно больший, чем сама линза.

      Невидимость открывается наноключом

      Сегодня исследователи уже не сомневаются в том, что невидимость возможна и для человека. Все большее количество ученых подключается к решению возникающих проблем.

      Уже найдены «левые» метаматериалы для видимого света. Их получение – сложная задача из области нанотехнологий. Например, один из таких материалов представляет собой систему серебряных нанонитей, выращенных в матрице из пористого оксида алюминия, другой – чередующиеся слои серебра и фторида магния с нанесенным узором из наноотверстий.

      Новые технологии позволяют заметно уменьшить поглощение электромагнитных волн и улучшить качество материала. Но производство их в количествах, достаточных для того, чтобы сделать невидимым человека, на сегодняшний день баснословно дорого. А сделать из них плащ, пожалуй, пока и вовсе невозможно: полученные «левые» наноматериалы непрактичны – слишком хрупкие, чтобы из них можно было изготовить предмет сложной формы (а ведь так или иначе такой материал должен окружать скрываемый предмет).

      Но технологии непрерывно совершенствуются – то, что мы умеем делать сегодня, еще десять лет назад казалось почти невозможным. Производство новых материалов становится более дешевым.

      В 2006 году сэр Пендри дал прогноз: невидимость в области микроволн (на частотах военных радаров) получить гораздо проще, чем для видимого света, и работающий образец можно реализовать приблизительно за 18 месяцев. Кто знает, возможно, исследователь оказался прав и «работающий образец» уже испытывают в военных лабораториях?

      Журнал "Планета", декабрь 2008.
    • Томас Алва Эдисон
      Автор: Thorfinn
      "Гений – это один процент вдохновения
      и девяносто девять процентов пота."

      Томас Алва Эдисон

       Историческая зарисовка

      Однажды летним днем 1868 года дверь Бостонского отделения телеграфной компании «Вестерн Юнион» распахнулась, как от удара ногой, и в нее небрежной походкой вошел молодой человек в потрепанном костюме и вызывающе сбитой на затылок грязной солдатской фуражке. Пережевывая табачную жвачку, он высокомерно оглядел помещение, засунул руки в карманы и важно изрек:

      – Ну, вот и я!

      – А кто ты такой, черт тебя возьми? – поднялся из-за своей конторки управляющий.

      – Я – Том Эдисон, – процедил молодой наглец, – лучший телеграфист.

      Все работающие в зале просто вскипели от негодования. А управляющий, чтобы сбить с зарвавшегося юнца спесь, немедленно поставил его на самую загруженную линию – нью-йоркскую – и одновременно попросил посадить в Нью-Йорке за аппарат самого быстрого телеграфиста.

      Том Эдисон лениво развалился на своем рабочем месте. Его совсем не смущала пулеметная скорость передачи. Не пропуская ни одного знака, он время от времени, позевывая, отстукивал в Нью-Йорк телеграммы: «Не спи», «Чего копаешься», «Передавай быстрее». Через четыре часа нью-йоркский телеграфист сдался.

      Так появилась первая легенда о Томасе Эдисоне.





      Первые шаги

      – Не из тех ли вы мальчишек, что торговали конфетами в коробочках с фальшивым, в полдюйма толщиной, дном?

      – Нет. В моих коробках дно всегда было толщиной в дюйм.

      Из разговоров с Томасом Эдисоном

      Томас Алва Эдисон родился 11 февраля 1847 года в городе Милане. Не в итальянском, а том, который в штате Огайо. В школе будущего гения считали редкостным тупицей и через несколько месяцев выгнали из-за того, что он наотрез отказался декламировать в классе. Мать будущего изобретателя устроила директору школы скандал, но обратно ребенка не отдала, а занялась его образованием сама. В десять лет Том прочитал книгу Р. Паркера «Натуральная и экспериментальная философия» и увлекся изобретательством.

      Исторический факт:

      Даже в таком юном возрасте Эдисон понимал, что для научной деятельности необходимы деньги. Так что сначала Том зарекомендовал себя как делец. Продав овощи с домашнего огорода, он собрал необходимую сумму – и приступил к экспериментам в подвале собственного дома. Юный изобретатель пытался полететь, глотая порошок для изготовления газировки, высиживал гусиные яйца, а на каждом втором флаконе в его «лаборатории» красовалась надпись «ЯД».

      В двенадцать лет поиски источников финансирования привели Эдисона на железную дорогу, где он стал продавцом газет и конфет – тех самых, в коробочках «с дном толщиной в дюйм». А чтобы совмещать «научную» деятельность с «коммерческой», здесь же, в багажном вагоне, он обустроил свою лабораторию. Еще через три года в этом же вагоне юный проныра развернул передвижную типографию и наладил выпуск газеты, которую продавал пассажирам. Наборщиком, редактором, автором статей и корректором в этой газете был сам Томас Эдисон.

      Газета Эдисона издавалась всего один год. Вскоре очередной эксперимент закончился пожаром в вагоне-типографии. Юный изобретатель–коммерсант–редактор был буквально за уши вытащен проводником из огня и с тех пор до самой своей смерти остался глухим на одно ухо.

      По этой причине в разгар войны Севера и Юга Эдисон не был мобилизован на фронт и стал телеграфистом. Его пятилетняя работа в этой роли окончилась в Бостонском отделении телеграфной компании «Вестерн Юнион». В 1869 году в газете «Телеграфист» появилось сообщение о том, что «Т.А. Эдисон оставил свой пост и посвятил себя изобретательской работе».

      Изобретения на заказ

      Никогда, ни на одно мгновение мы не должны забывать экономическую сторону проблемы.

      Томас Алва Эдисон

      Первое изобретение Эдисона – электрический регистратор голосов для выборов – не принесло двадцатидвухлетнему изобретателю ни гроша. Покупателей не нашлось. И с этого момента Эдисон, прежде чем приступить к работе, старательно изучал «рынок» и все возможности реализации будущего изобретения. Прогорев с первой попыткой, Эдисон обратил внимание на хорошо знакомый ему телеграф. Как раз в это время – осенью 1869 года – на нью-йоркской бирже шла развязанная Джемом Гоулдом «война». Котировки акций менялись ежедневно. Наблюдая за сотнями людей, терявшими свое состояние или делавшими его на биржевых спекуляциях, Томас Эдисон понял ценность вовремя полученной информации и взялся усовершенствовать биржевой телеграф.

      Со своим предложением Эдисон явился в штаб-квартиру «Гоулд энд Сток Телеграф Компани». В обычной для него нахальной и развязной манере двадцатидвухлетний «изобретатель» изложил руководству компании свою идею. Те, к удивлению Эдисона, сразу ухватились за предложение и попросили назвать цену патента.

      «Надо запросить какую-нибудь невиданную сумму. Тысяч пять долларов, – подумал Томас, – тогда сторгуемся на трех».

      Но в решающий момент у него не хватило духа назвать такую цифру. В кабинете повисла пауза, внезапно прерванная представителем компании: «Что вы скажете о сорока тысячах?»

      Эдисон чуть не упал со стула от неожиданности и лишь молча кивнул.

      Получив чек, изобретатель сразу же ринулся в банк. Кассир, желая подшутить над молодым человеком, выдал ему всю сумму мелкими купюрами. До утра Эдисон, не смыкая глаз, сторожил свои деньги. После бессонной ночи, растеряв остатки былой самоуверенности, он робко поинтересовался у друзей – что же делать с кучей денег. Выяснилось, что Томас до этого дня не имел ни малейшего представления о банковских вкладах! 

      Вскоре в Нью-Йорке началось производство биржевых телеграфов Эдисона.

      Исторический факт:

      С самого начала Томас Эдисон подобрал себе мощную «команду». С ним работал немецкий инженер Шуккерт – будущий основатель заводов «Сименс-Шуккерт», Круези, ставший впоследствии главным инженером компании «Дженерал Электрик», изобретатель электронной лампы Флеминг. 

      Интересно, что для экономии времени Эдисон впервые начал использовать анкетирование устраивающихся на работу. Он очень ценил широко образованных людей и в свои анкеты включал не только узкоспециальные вопросы: «Как изготовляется серная кислота?», «Какое напряжение тока применяется в трамваях?», «Кто был Плутарх?», «Где находится Волга?»

      ;Сначала в продаже появился дуплексный (двойной), а чуть позже – квадруплексный (четверной) телеграфный аппарат Эдисона. В 1876 году был запущен в производство сектаплексный телеграф. За это время Томас заработал и истратил почти двести тысяч долларов. Однако вскоре Эдисон решил, что дальше усовершенствовать аппарат невозможно и начал искать себе новый «фронт работ». В процессе совершенствования телеграфа раз и навсегда сформировалось «кредо» его деятельности, которое сам Эдисон сформулировал следующим образом: «Я не исследовал законов природы и не сделал крупных научных открытий. Я не изучал их так, как изучали Ньютон, Кеплер, Фарадей и Генри для того, чтобы узнать истину. Я только профессиональный изобретатель. Все мои изыскания и опыты производились исключительно с целью найти что-либо, имеющее практическую ценность».

      За это время штат лаборатории Эдисона вырос до ста человек, однако все они трудились на одного изобретателя, вернее, на одну «марку» – «Томас Алва Эдисон». Благодаря изобретениям Эдисона только «Вестерн Юнион» увеличила свой капитал на 15 млн. долларов.

      Деятельность Эдисона привела к настоящей «гонке» с другим американским изобретателем, Александром Гремом Беллом, и созданной им компанией «Белл телеграф компани». Обе «фирмы» беззастенчиво «заимствовали» друг у друга идеи и запатентованные изобретения, порой лишь слегка их видоизменяя, а временами не утруждая себя даже этим. Так, Эдисон «одолжил» у конкурента электрическое реле, а Белл – микрофон. Борьба обострилась до предела, когда Эдисон переключился с телеграфных аппаратов на «епархию» Белла – телефон. «Дополнив» изобретение Белла угольным микрофоном и индукционной катушкой, Эдисон смог обойти конкурента, доказав патентному бюро, что его аппарат является оригинальной конструкцией.

      Исторический факт:

      «Вестерн Юнион» предложила Эдисону за «угольное передающее устройство» сто десять тысяч долларов. Вместо того, чтобы получить деньги сразу, Томас Эдисон выдвинул оригинальное условие – он потребовал выплачивать ему по шесть тысяч долларов в год в течение всего срока действия патента – семнадцати лет. Он как-то не посчитал, что только годовые проценты по предложенной ему сумме составят эти шесть тысяч. Естественно, «Вестерн Юнион» положила сто десять тысяч долларов в банк и год за годом отдавала Эдисону проценты, получив в итоге патент… совершенно бесплатно. 

      Противостояние Белла и Эдисона окончилось как в «Сказке о Мальчише-Кибальчише» – «пришла беда, откуда не ждали». В 1877 году Британское бюро патентов окончательно устало от взаимного «пиратства» Эдисона и Белла и запретило им использовать изобретения друг друга. Для борьбы со скрупулезными чиновниками британского бюро Белл и Эдисон заключили перемирие, и вскоре под эгидой «Вестерн Юнион» был создан единый международный концерн.

      Следует признать, что Эдисон был неплохим рационализатором и настоящим трудоголиком. Вечно всклокоченный и небрежно одетый, тридцатилетний «старик», как называли его подчиненные, готов был сутками просиживать в лаборатории и изводить сотрудников, бесконечно шлифуя тот или иной аппарат. Сам Эдисон писал: «Я был плохим фабрикантом, потому что не мог оставить в покое ни одной вещи, даже если она была и так достаточно хороша. Что бы ни попадало в мои руки – машинка для взбивания яиц или электромотор – я прежде всего думал о том, как это усовершенствовать. Стоило только мне кончить работу над каким-нибудь аппаратом, как я уже стремился снова разобрать его, чтобы еще что-нибудь переделать. Такая мания дорого обходится фабриканту!»

      Изобретения «по заказу» обеспечивали «фирме» Эдисона огромные деньги – только два усовершенствования телефона в сумме принесли изобретателю почти 300 тыс. (около 6 млн. «современных» долларов). Но богатство нисколько не изменило образ жизни изобретателя. «Единственное мое стремление – работать, не думая о расходах. То есть, если мне хочется занять целый месяц и весь свой штат выяснением того, почему одна угольная нить накаливания работает чуточку лучше другой, то я желаю работать, не беспокоясь о том, сколько это будет стоить. Мысль о затратах раздражает меня. Мне не нужны обычные утехи богачей. Мне не нужно ни лошадей, ни яхт, на все это у меня нет времени. Мне нужна мастерская!» – писал он. Семья (а к тому времени изобретатель был женат уже более пяти лет) стояла на втором плане. Вилла во Флориде пустовала. Томас Эдисон работал.

      Исторический факт:

      Слово «Алло», которым многие начинают телефонный разговор, тоже следует считать изобретением Томаса Эдисона. Впервые изобретатель использовал его при тестировании угольного микрофона.

      Электрический король

      – Сколько денег производит эта машина за каждый оборот?

      Томас Алва Эдисон (берлинская промышленная выставка)

      Отказавшись в 1878 году от дальнейшего усовершенствования телеграфного аппарата, Эдисон обратил внимание на проблему электрического освещения в быту. Нам, людям эпохи электричества, трудно себе представить, что менее ста пятидесяти лет назад основным источником света в домах был… газ!

      Исторический факт:

      Жилые кварталы освещались газовыми фонарями, а дома – газовыми рожками. Вместо привычных для нас подстанций – газовые резервуары, вместо электрических кабелей – проложенные прямо по поверхности (реже – под землей) газовые трубы. Вместо электрических счетчиков в каждой квартире – газовые.

      Заходишь в дом, поворачиваешь рычаг газового рожка, подносишь к шипящей горелке спичку – и прихожая заливается мерцающим светом.

      Правда, иногда вместо света получался взрыв и пожар. Или не получалось ничего – потому что газовые магистрали часто приходили в негодность. Но другой доступной и дешевой альтернативы не было.

      Эдисон не собирался биться над проблемой с нуля. Уже была изобретена динамо-машина Гремма. Уже создали свою лампу накаливания русские инженеры Лодыгин и Яблочков. Вакуумный насос Спренгела позволял создать вакуумную лампу накаливания. Томас Эдисон лишь намеревался соединить все изобретения в одну систему и сделать ее пригодной для массового применения.

      Однако вначале, верный своему кредо «не забывать об экономической стороне проблемы», он досконально изучил устройство газового освещения. А потом на основе схемы газового освещения района начал строить схему электрического. Газовые резервуары заменялись динамо-машинами, трубы – проводами, рожки – лампочками. Для подсчета расхода электричества в лаборатории Эдисона был создан первый электрический счетчик. Расчет сметы показал, что проект Эдисона будет работоспособен, если цена одной лампочки не будет превышать сорока центов. Таким образом, проект оказался реализуем и работа закипела.

      27 января 1879 года Эдисон получил патент на стеклянную вакуумную лампу с угольной нитью накаливания. Однако этому результату предшествовало тысяча шестнадцать экспериментов.

      Исторический факт:

      В первых лампах нить накаливания представляла собой обычную швейную нитку, покрытую углем. Такая лампа горела всего сорок часов. В ходе последующих опытов Эдисон и его сотрудники перепробовали все вещества, содержащие углерод – смолы, различные сорта древесного угля и даже некоторые продукты питания. Всего 6000 разновидностей вещества. Наилучший результат дал бамбук, причем тот бамбук, который шел на изготовление чехлов для японских пальмовых вееров.

      В последний день 1879 года Эдисон устроил презентацию в лучших современных традициях. Три тысячи человек были привезены в Нью-Йорк на специально зафрахтованных поездах, чтобы полюбоваться на сотни лампочек, горевших у мастерской Эдисона и на окрестных дорогах.

      Эта демонстрация вызвала настоящую панику на лондонской и нью-йоркской бирже. Акции газовых компаний начали стремительно падать в цене.

      Однако во время презентации Эдисон деликатно умолчал, что цена его лампы пока составляет целый доллар с четвертью (т.е. 25 современных долларов!). При таких затратах о рентабельности производства электрических ламп не могло быть и речи.

      Однако Томас Эдисон не сдавался. Лампочка должна была стоить сорок центов. На собственные средства он начал массовое производство изначально убыточного товара! К 1881 году себестоимость удалось снизить всего на десять центов, однако уже в 1882-м лампочка стоила пятьдесят центов. В 1883 году производство электрических ламп начало приносить прибыль по три цента со штуки, а в 1889-м лампочка Эдисона стоила уже двадцать два цента! Дело было сделано. Эдисон тут же объединил многочисленные компании, основанные им для производства ламп, в одну, которая в 1892 году, после слияния с «Томсон Хьюстон электрик компани», начала называться «Дженерал Электрик». Таким образом Эдисон способствовал созданию одного из крупнейших в мире промышленных концернов.

      Исторический факт:

      Одновременно была решена еще одна проблема. Потребители постоянно включали или выключали свет – в доме, на улице, во дворе, и электрическая нагрузка все время менялась. Обычная для того времени динамо-машина не смогла бы работать в таких условиях. Эдисон ставит перед собой и своими подчиненными задачу построить двухфазный генератор – динамо-машину нового типа. Несмотря на скептические ухмылки маститых ученых, задача была выполнена (Эдисон, к счастью, не знал, что с точки зрения современной ему науки такой машины просто не может существовать!).

      В 1882 году Эдисоном была открыта центральная электростанция в Нью-Йорке. В Америку пришла эра электрического освещения. Томас снова добился поставленной цели, просто не осознавая того, что его задумка шла вразрез с представлениями тогдашней науки. Любой на его месте отступился после первой же неудачи. Но Эдисон не умел отступать. Сотни неудач и тысячи экспериментов все-таки привели его к победе. О тех днях он писал следующее: «Каждая неудача, которую мы терпим, – это единственный путь к истине. Каждая неудача приближает нас к правильному решению. Каждый раз мы узнаем, что этот путь не приведет к успеху, но сразу же выбираем новый путь и делаем новый эксперимент».

      Без компромиссов

      Существует человеческий мозг, который представляет огромную ценность: в деловом и промышленном мире его оценивают в 15 миллиардов долларов. Миллиардов, а не миллионов!.. Этот мозг принадлежит Томасу Алве Эдисону…

      Казалось, дела «электрического короля» шли прекрасно. Однако в 1886 году над его империей нависла нешуточная угроза. Все аппараты Эдисона работали от постоянного тока. Они были дороги и, самое главное, не функционировали на большом удалении от источника тока. Именно поэтому для уличного освещения Эдисону приходилось ставить паровые генераторы буквально в каждом квартале. С этими недостатками приходилось мириться, пока не появились первые приборы переменного тока, которые «продвигал» на американский рынок другой изобретатель – Джордж Вестингхауз.

      Между конкурентами разгорелась нешуточная борьба. Томас Эдисон, поняв, что проигрывает, использовал хорошо знакомую в наши дни технологию «черного пиара». Он организовал серию выступлений, в которых доказывал, что переменный ток, в отличие от постоянного, смертельно опасен.

      В ход пошли и газетные статьи. Начинающий изобретатель Гарольд Браун опубликовал в «Нью-Йорк Пост» статью, где живописал страдания мальчика, погибшего от удара переменного тока.

      Эдисоном был произведен целый ряд экспериментов, доказывающих опасность переменного тока. К генераторам Вестингхауза присоединялись металлические пластины, на которых перед глазами почтеннейшей публики и представителей прессы усаживались кошки, собаки, свиньи, гуси… Потом аппарат включался. Что происходило – легко можно себе представить.

      Завершающий – как казалось Эдисону – удар по генераторам переменного тока Вестингхауза был нанесен в 1888 году…

      4 июня 1888 года – видимо, под воздействием публичных экспериментов Эдисона – нью-йоркские власти установили новый вид смертной казни – посредством электрического тока. Однако какого – постоянного или переменного – «отцы» города не решили.

      Эдисон немедленно выступил с предложением казнить при помощи переменного тока. Расчет «электрического короля» был тонок – заказом на производство нового орудия казни можно пожертвовать, зато ни один нормальный человек не захочет пользоваться прибором, «выполненным по технологии» средства казни.

      Вестингхауз поздно разгадал игру Эдисона. Для экзекуций был выбран аппарат, работающий на переменном токе. Тогда разгневанный изобретатель заявил, что не желает иметь ничего общего с новым видом казни и не будет поставлять свои генераторы переменного тока нью-йоркским властям. Те, в свою очередь, передали заказ Эдисону. И вскоре изобретатель осчастливил мир… первым электрическим стулом.

      Таким образом, первым прибором переменного тока, разработанным и созданным компанией Эдисона, стал аппарат для приведения в исполнение смертного приговора. А Джордж Вестингхауз, вероятно, еще долго поминал недобрым словом своего хитрого противника. Ведь еще несколько десятилетий электрический стул называли стулом Вестингхауза.

      Интересный факт:

      Правда, Эдисон праздновал победу недолго. В 1887 году в «войну токов» включился «повелитель молний» – Никола Тесла. Два года поработав у Эдисона, этот сербский изобретатель основал собственную компанию. Приборы Теслы, работающие на переменном токе, оказались надежней и дешевле машин Эдисона. И хотя Томас Эдисон сохранил свои лаборатории и доходы, «электрическим королем» он быть перестал.

      Музыка на барабане

      – Чем интересуетесь?

      – Всем!

      Запись, сделанная Эдисоном в книге для почетных гостей

      Историческая зарисовка

      Как-то раз Томас Эдисон вызвал к себе одного из механиков своей лаборатории, Джона Круези, и вручил ему черновой чертеж простенького аппарата. В углу рукой «старика» была сделана пометка «18 долларов» – в такую сумму изобретатель оценил сборку нового прибора.

      Круези разглядел на чертеже вращающийся цилиндр, приводимый в движение ручкой, и два неподвижно закрепленных рожка.

      – Что это будет, сэр? – поинтересовался механик.

      – Говорящая машина, – ответил Эдисон.

      – Это очень хорошая шутка, сэр, – рассмеялся Джон и удалился в свою мастерскую.

      Через пару дней он представил «боссу» работающий аппарат.

      –Задержитесь, Джон, – проговорил «Старик», когда механик уже собирался уходить, а потом подошел к машине и громко крикнул в рожок. – У Мэри был барашек!

      Затем Эдисон что-то переключил в машине и та скрежещущим голосом повторила: «У Мэри был барашек».

      Удивлению Круези не было предела.

      Еще через несколько дней Эдисон запатентовал новый аппарат под названием «фонограф». Чиновники патентного бюро старательно искали в архивах своего ведомства прецедент, но не нашли. Фонограф стал первым – и по сути единственным – самостоятельным изобретением Томаса Эдисона.

      В том же году Эдисон устроил презентацию своего детища. В доме изобретателя говорящая машина встречала гостей словами: «Доброе утро! Как поживаете? Как вам нравится фонограф?». Сам Эдисон, сияя как начищенный пятак, объяснял всем желающим, какую пользу может принести его новое творение. Он сходу предложил десять возможных областей применения фонографа:

      1. Диктовка писем и документов без стенографистки.

      2. Фонографические книги для слепых.

      3. Обучение красноречию.

      4. Воспроизведение музыки.

      5. Запись на память семейных событий, голосов членов семьи.

      6. Музыкальные шкатулки и игрушки.

      7. Часы, которые могут вслух объявлять время.

      8. Сохранение языков посредством точной регистрации правильного произношения.

      9. В целях образования.

      10. В сочетании с телефоном для записи переговоров.

      Первые фонографы не отличались высоким «качеством записи» и издаваемые аппаратом звуки мало походили на человеческий голос. Тем не менее, гости Эдисона были в восторге. Ведь до него никто даже не пытался работать в этом направлении. И если во всех остальных случаях Эдисон шел по уже проложенной другими изобретателями дороге, то в случае с записью звука он сам оказался в роли новатора. И… получил все, что положено новатору.

      Сначала соперник Эдисона в телефонном «бизнесе» Александр Белл создал на основе фонографа свой аппарат для записи звука, названный графофоном. В отличие от аппарата Эдисона, в котором запись осуществлялась на обернутый оловом барабан, в машине Белла использовался восковой цилиндр, на котором игла оставляла «звуковую дорожку». Для массового производства своего звукозаписывающего прибора Белл основал компанию «Коламбиа Графофон компании».

      А еще через несколько лет Эмиль Берлинер изобрел граммофон, который записывал звук на плоский пластмассовый диск. Именно с появлением граммофона предсказания Эдисона начали потихоньку сбываться.

      В 1887 году Эдисон усовершенствовал фонограф, создал флуороскоп, диктофон, прообраз кинокамеры и щелочной аккумулятор. «Фабрика изобретений», переехавшая к тому времени в Уэст-Ориндж, продолжала работать. И снова за изобретениями Эдисона стоял труд многих десятков людей, окончательно превращая его имя в торговую марку. Всего «Фабрика изобретений» Эдисона получила 1200 патентов в различных областях науки, изобретательства и рационализации.

      Рецепт успеха

      Молодой человек приходит наниматься на работу к Эдисону.

      – А над чем вы думаете работать? – спрашивает Эдисон.

      – Я хотел бы получить кислоту, разъедающую все известные материалы.

      – Это мне не нужно,– говорит Эдисон.

      – Почему? 

      – А в чем я ее буду хранить?!!

      К 70 годам Томас Эдисон был признанным авторитетом в мировой науке. И это притом, что славе сопутствовало богатство. И то, и другое пришло к Томасу Алве Эдисону – в отличие от многих ученых – при жизни. Многие и до него, и после оканчивали свои дни в бедности или безвестности. Как же удалось пареньку из Огайо, даже не закончившему школу, достигнуть таких высот? В чем секрет успеха Эдисона?

      Во-первых: Никогда не забывай об экономической стороне дела.

      Эдисон принципиально не брался за проекты, не сулящие коммерческой выгоды, предпочитая «синицу в руках», а не «журавля в небе».

      Во-вторых: Для достижения успеха все средства хороши.

      Эдисон не чурался использовать наработки других, смешивать конкурентов с грязью и идти к своей цели буквально по головам.

      В-третьих: Умело подбирай себе сотрудников.

      На свою «фабрику изобретений» Томас Эдисон приглашал талантливых начинающих изобретателей не только из Америки, но и из Европы. В то же время с «нелояльными» и «слишком умными» он расставался без сожаления – как это произошло с Теслой.

      В-четвертых: Работа должна быть для тебя всем.

      Даже став богачом, Эдисон находил в работе высшее наслаждение. Он крайне редко отдыхал, никогда не занимался спортом, был неразборчив в еде и смеялся над «играми на свежем воздухе». Единственными страстями Эдисона были хороший табак, езда на автомобиле, бильярд и… работа. Работа прежде всего.

      В-пятых: Не отступай перед трудностями.

      Никола Тесла как-то сказал про Эдисона: «Если бы ему понадобилось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять время на то, чтобы определить наиболее вероятное место ее нахождения, но немедленно, с лихорадочным прилежанием пчелы, начал бы осматривать соломинку за соломинкой, пока не нашел бы предмет своих поисков».

      Уже на склоне лет почти 70-летний Эдисон, задавшись целью в исключительно короткий срок создать завод синтетической карболовой кислоты, бессменно проработал 168 часов, не выходя из лаборатории.

      В-шестых: Всегда будь уверен в собственной правоте.

      Умирая, 85-ти летний Эдисон сказал жене: «Если есть что-нибудь после смерти, это хорошо. Если нет, тоже хорошо. Я прожил мою жизнь и сделал лучшее, что мог...»

      Андрей Медведев. Журнал "Планета", ноябрь 2008.
    • Варп. Быстрее солнечного света
      Автор: Thorfinn
      Звезды всегда манили людей – недаром фантастические книги о межпланетных путешествиях во все времена находили своих поклонников. И размышления о космосе не такие уж праздные: человечество постоянно изыскивает средства и способы достичь иных миров – хотя бы ближайших соседей Земли. Однако самая вожделенная мечта – межзвездные полеты и колонизация планет в иных звездных системах – пока остается недостижимой. Впрочем, вполне вероятно, что так будет не всегда.

      Понятие «варп-двигатель» – то есть двигатель, позволяющий разогнать космический корабль быстрее скорости света – придумали, как водится, фантасты. Одним из первых, кто озвучил эту идею, стал Джин Роденберри, автор знаменитого сериала «Звездный путь», пилотная серия которого появилась на американском канале NBC еще в 1964 году. А через два года, когда сериал вышел в эфир целиком, это слово впервые зазвучало с экрана и сразу же запомнилось миллионам телезрителей – поклонникам фантастики. Неудивительно, что оно все чаще стало появляться в новых произведениях этого жанра – и в фильмах, и в книгах. Со временем их авторы уточнили понятие: варп-двигатель (от английского warp – деформация, сгибание) позволяет космическому кораблю преодолевать значительные расстояния за короткий срок с помощью искривления пространства.

      Правда, тогда все понимали – это просто фантастика, не имеющая ничего общего с реальностью. Любой человек, знакомый с начатками физики, знал: скорость света превысить невозможно, а пространство – величина постоянная, чтобы его искривить, человеческих сил и знаний не хватит. Так что долгое время варп-двигатель оставался несбыточной мечтой. И аргументы поклонников книг и фильмов о космических приключениях – мол, наука не стоит на месте и мы не все знаем об окружающем мире – разбивались о суровые и непререкаемые законы Ньютоновской физики.

      Мигель Алькубьерре


      Гарольд Уайт


      Однако время показало, что теорию относительности, «запрещающую» развивать скорость выше световой, вполне можно обойти. Сегодня, спустя более полувека с момента, когда варп-двигатель завладел умами фантастов, им, наконец, занялись серьезные ученые. В сентябре позапрошлого года NASA официально заявило о том, что оно заинтересовалось этой темой. Сделано это было на конференции 100 Year Starship, проведенной DARPA (агентством по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США). В рамках мероприятия сотни ученых и инженеров обсуждали один вопрос: как «воплотить в реальность полет человека за пределы нашей Солнечной системы к другой звезде в ближайшие 100 лет».

      Пожалуй, одним из самых долгожданных докладов на мероприятии стала презентация «Механика варп-поля 102», организованная авиационно-космическим инженером Гарольдом Уайтом, возглавляющим одну из исследовательских групп NASA – лабораторию исследования продвинутых форм движения. Доктор Уайт говорил о многом – и о перспективах космических исследований на ближайшее время, и о возможности повышения эффективности химических ракет, и о двигателях, работающих на антиматерии. Но основной – и самой ожидаемой – частью доклада оказалась та, что была посвящена варп-двигателям. Теоретической разработкой этой технологии его лаборатория занимается уже некоторое время, с тех пор, как в 2011 году Гарольд Уайт опубликовал первую работу по теме – «Механика варп-поля 101».

      Иногда говорят, что талантливый человек талантлив во всем. И Гарольд Уайт полностью соответствует этому утверждению. Его карьера начиналась отнюдь не с разработки экспериментальных двигателей для космических кораблей. Он получил диплом инженера-машиностроителя, а в 1999 году – диплом бакалавра. Работая в этой области, он стал одним из подрядчиков NASA – вернее, лаборатории робототехники. В результате ему было доверено управление одним из манипуляторов на МКС.

      Примерно в это же время молодой ученый начал писать кандидатскую, посвященную физике плазмы – области, кардинально отличной от его предыдущего рода деятельности. И в 2008 году получил степень доктора по физике. А еще через год занялся изучением двигателей, что и привело к созданию лаборатории, которую Уайт возглавил.

      «Он определенно фантазер, но при этом инженер. Он может превратить свое воображение в полезный технический продукт», – так характеризует Гарольда Уайта его босс, глава подразделения двигательных систем Джон Эпплуайт.

      Впрочем, доктора Уайта нельзя назвать первопроходцем в этой области. В своих работах он опирался на теории, изложенной другим ученым – мексиканским физиком Мигелем Алькубьерре. Именно он, проанализировав некоторые уравнения и обнаружив в них лазейки, впервые рассчитал и изложил математическую модель превышения скорости света, которое не противоречило бы теории относительности Эйнштейна. Его доклад «Варп-двигатель: сверхбыстрые перемещения в рамках общей теории относительности» был опубликован еще в 1994 году. В нем ученый описал принцип особого искривления пространства и времени, позволяющий переместить объект с эффективной скоростью, превосходящей световую. Причем сделать это так, чтобы объект фактически не двигался быстрее света, а попадал из одной точки в другую как бы «коротким путем», как доска серфингиста не движется по водной глади, а скользит лишь по верхушкам волн. Таким образом, по мнению профессора, объект с варп-двигателем прибудет из пункта А в пункт Б быстрее, чем луч света, стартовавший одновременно с ним. Именно такое «скольжение» по точкам искривленного пространства Алькубьерре и назвал варп-прыжком.

           Многие поклонники фантастики уверены: все, что придумали их любимые авторы, рано или поздно станет реальностью. И изыскания Мигеля Алькубьерре это подтверждают. По его собственным словам, профессор является поклонником сериала «Звездный путь», и на исследования его вдохновил именно он – мысль о том, как можно «обмануть» теорию относительности, появилась как раз в тот момент, когда он смотрел одну из серий.

      Правда, тогда идея мексиканского физика не нашла развития: дальнейшие расчеты показали, что на такой «прыжок» потребуется колоссальное количество энергии, обеспечить которое одномоментно на современном этапе технического развития невозможно.

      Вторая проблема варп-двигателя Алькубьерре оказалась еще более серьезной: по расчетам мексиканского физика выходило, что корабль, для которого будет возможным подобное перемещение, должен быть просто колоссальных размеров, а по массе вполне может сравниться с Юпитером. Разумеется, ни технологических возможностей для создания такой исполинской конструкции, ни ресурсов, которые можно было бы потратить на ее возведение, у человечества не было и в обозримом будущем появиться не могло. Поэтому вопрос о варп-двигателе был отложен физиком в долгий ящик.

      Гарольд Уайт всерьез заинтересовался теорией Мигеля Алькубьерре уже в новом веке. Он произвел новые расчеты – и оказалось, что стоит чуть изменить первоначальную идею мексиканского ученого, и корабль потребуется далеко не настолько огромный – всего лишь примерно равный по массе «Вояджеру». А такой механизм уже вполне реально построить. Да и затраты энергии упадут на несколько порядков! Правда, экономичным этот способ передвижения даже при таких условиях не назовешь. Сам профессор Уайт предостерегает коллег-ученых и авторов научно-популярных статей от излишнего оптимизма: «Помните – ничто локально не превышает скорость света, но пространство может расширяться и сжиматься при любой скорости. Тем не менее, пространство и время сложно поддаются манипулированию, поэтому для искривления пространства и достижения межзвездных пространств в разумные периоды времени потребуется чрезвычайно много энергии».

      Так или иначе, результаты расчетов показались авиационно-космическому инженеру достаточно перспективными для того, чтобы вплотную заняться воплощением идеи Алькубьерре на практике. По заявлению доктора Уайта, его исследовательская группа разработала особый прибор – лазерный интерферометр, способный обнаружить микроискривления пространства-времени и позволяющий зафиксировать их параметры. Если эксперименты окажутся удачными, можно будет говорить о том, что варп-двигатель – не просто теоретическая математическая модель, но технология, которую можно будет разработать, опробовать и использовать на практике.

      Оригинальный прибор, созданный в лаборатории исследования продвинутых форм движения, носит имя самого Уайта и Ричарда Джуди, который также приложил руку к эксперименту. Кроме собственно интерферометра, установка включает в себя гелий-неоновый лазер и экспериментальное кольцо, моделирующее будущий варп-двигатель. Лазер испускает луч, нацеленный таким образом, что половина света проходит сквозь кольцо, а другая его минует. Сам же интерферометр фиксирует изменения, происходящие с пучками света и самим кольцом. По словам очевидцев, когда прибор работает, все это выглядит удивительно красиво и навевает воспоминания о кадрах из фантастических фильмов: лазер испускает красноватое свечение, а лучи пересекаются, как лазерные мечи из «Звездных войн».

      О сути эксперимента сам Гарольд Уайт рассказал в интервью порталу Space.com: «Мы ожидаем изменения длины фотона в интерферометре, потому что это станет доказательством того, что мы создали эффект, которого добиваемся. Мы видели в нескольких разных экспериментах с разными техниками анализа изменения оптической длины пути. Но это не означает, что мы пришли к успеху».

      О выводах, которые можно сделать из результатов экспериментов, ученый высказывается гораздо более уклончиво, опасаясь делать громкие заявления. Но в целом позитивно: по его словам, конденсаторы, установленные внутри экспериментального кольца, «набирают мощный энергетический потенциал». Правда, что это может означать в данном случае, понимают, пожалуй, только его коллеги в лаборатории.

      Авторы фантастических произведений периодически поминают так называемый «временной парадокс» – их герои, уйдя «в прыжок», как бы замедляют свое субъективное время. А затем, вернувшись на Землю, обнаруживают, что за время их полета на родной планете прошли целые столетия. Однако в случае с двигателем профессора Алькубьерре космические путешественники застрахованы от такой опасности. Да, перелет займет меньше времени, чем передвижение пучка света, однако по прибытии их часы будут показывать такое же время, как и у оставшихся на Земле.

      Но что же представляет собой варп-двигатель, теоретически расписанный Алькубьерре и Уайтом?

      Мексиканский физик предложил следующую картину: космический корабль, напоминающий формой гигантское рисовое зерно, закреплен в центре конструкции из двух огромных колец-конденсаторов, которые, собственно, и являются двигателем, создающим искривление пространства. При этом кольца должны состоять из так называемой экзотической материи с отрицательной плотностью энергии.

      Гарольд Уайт опирался в своей разработке на проект Алькубьерре, однако внес в него некоторые изменения. В результате его расчетов два кольца были заменены на тор – этакий объемный «бублик». По мнению ученого, именно такая форма позволит сделать варп-прыжок не таким энергоемким. «Представьте мяч для американского футбола, который имеет вокруг себя тороидальное кольцо с креплениями-пилонами. Мяч – это место, в котором будет находиться экипаж и оборудование корабля, а кольцо будет наполнено экзотической материей, о которой, к сожалению, на данный момент известно очень мало», – так описывает корабль с варп-двигателем сам Гарольд Уайт.

      К слову, понятие «экзотическая материя» обозначает не один конкретный материал – в физике элементарных частиц так именуют самые разнообразные вещества: например, так называемый металлический водород.

      Объединяет их только одно: все они теоретически способны нарушать какие-либо законы или аксиомы классической – то есть Ньютоновской – физики. Предположительно, некоторые из них обладают разнообразными экзотическими свойствами: например, под воздействием гравитации не притягиваются, а отталкиваются, или обладают отрицательной плотностью энергии.

      Как правило, к веществам, подпадающим под определение «экзотическая материя», относятся материалы, созданные из экзотических атомов – таких, в которых ядром является не протон, а позитрон или мюон.

      При этом само название – экзотическая материя – говорит о том, что подобных веществ в мире ничтожно мало. Объясняется это просто: хотя само их существование не противоречит законам физики, произвести их в условиях Земли невероятно трудно. На данный момент существование большей части таких веществ возможно чисто гипотетически.

      Принцип варп-перемещения часто описывают следующим образом: пространство перед кораблем сжимается, а за ним – расширяется. И такое описание с точки зрения физики отнюдь не лишено смысла. Астрофизики, наблюдающие за галактиками, соседствующими с нашей, давно уже обратили внимание на огромную скорость их движения относительно друг друга. И пришли к удивительным выводам: они перемещаются именно в соответствии с этим принципом. При этом скорость расширения пространства между ними практически неограниченна – в некоторых случаях она действительно намного превышает световую!

      Теории Уайта и Альбукьерре завоевали огромную популярность у энтузиастов космической тематики. Впрочем, их осуществление на данный момент сопряжено с определенными трудностями. Есть целый ряд проблем, с которыми уже столкнулись или столкнутся в будущем создатели варп-двигателя.

      И главная из них – необходимость в огромном количестве экзотической материи, генерирующей отрицательную энергию. Лоуренс Форд, физик-теоретик из университета Тафтса, занимающийся изучением этой специфической субстанции уже более 30 лет и опубликовавший несколько десятков научных статей, высказывает серьезные сомнения в том, что проект Уайта в принципе осуществим. По его словам, препятствием к созданию варп-двигателя станет не поиск инженерного решения – специалисты из лаборатории исследования продвинутых форм движения рано или поздно его найдут, – а в фундаментальных физических ограничениях, которые не позволят сконцентрировать одномоментно и в одном месте такое количество отрицательной энергии. И обойти законы физики, по мнению ученого, попросту невозможно.

      Не менее скептически настроены и многие другие теоретики. В частности, они сомневаются, что корабль, даже внутри пузыря Алькубьерре – или варп-пузыря из отрицательной энергии, сгенерированной двигателем Уайта – сможет двигаться быстрее скорости света. В теории Уайта они видят своеобразный парадокс. Отрицательная энергия должна будет окружать корабль целиком, находясь в том числе и перед ним. А это значит, что как раз она будет двигаться быстрее скорости света. В соответствии с теорией относительности, такое, разумеется, невозможно. Впрочем, сам Гаролдьд Уайт проблемой это не считает. Правда, при этом его комментарии довольно туманны: «варп-двигатель будет работать, поскольку все, что нужно, это аппарат, который создаст все необходимые условия». О том же, как именно он надеется обойти теорию относительности и разрешить парадокс, исследователь попросту умалчивает.

      К армии скептиков принадлежит и еще один физик из университета Тафтса – Кен Олум. На конференции 100 Year Starship он высказался довольно однозначно: «Не думаю, что любое из привычных пониманий физики предполагает то, что он (Уайт) хочет увидеть в своих экспериментах».

      Даже у самого прародителя идеи варп-двигателя, Мигеля Алькубьерре, есть сомнения, что затея Гарольда Уайта может оказаться успешным предприятием. «Даже если я сижу в корабле и у меня есть отрицательная энергия, нет никакой возможности доставить его куда мне нужно, – прокомментировал он. – Это отличная идея. Мне она нравится, потому что я сам ее написал. Но у нее есть ряд ограничений, с которыми я сталкивался на протяжении многих лет, и я не знаю, как их обойти».

      Среди физиков, занимающихся изучением экзотической материи, есть не только скептики. Многие из них утверждают, что экзотическая материя, необходимая для создания варп-двигателя, не просто теоретически может существовать – они уверены, что ее можно получить на практике. Один из них, Кип Стивен Торн, в сотрудничестве с Майком Моррисом и Ульви Юртсевером провел исследование, доказавшее, что при определенных условиях вполне возможно создать область пространства-времени с отрицательной массой и отрицательной плотностью энергии. Правда, эти эксперименты, как и работы некоторых других ученых, занимающихся той же темой, скорее отсылают нас к другой теории сверхсветовых космических перелетов – принципу «кротовых нор» или «червоточин». Согласно ей, в момент зарождения Вселенной образовались некие стационарные области искривленного пространства-времени, представляющие собой своеобразные «тоннели», по которым объект может перемещаться гораздо быстрее, чем в обычном пространстве – в том числе, превышая скорость света. Правда, пока существование «кротовых нор» предсказано только теоретически.

      Впрочем, помимо скептиков от науки, работа лаборатории Гарольда Уайта привлекает внимание критиков совершенно другого толка. Кто-то удивляется несвоевременности его экспериментов – мол, люди не побывали еще и на Марсе, так зачем пытаться достичь звезд. Кто-то сетует на огромные средства, затраченные на исследования, и еще большие, которые только собираются в них вложить. Кто-то упрекает ученых огулом – мол, на Земле достаточно проблем, решение которых гораздо важнее, чем создание какого-то гипотетического космического корабля или даже познание тайн Вселенной. Подобные возражения в целом складываются в один вопрос: нужен ли человечеству варп-двигатель?

      Однако, как ни парадоксально, эта технология, по оценкам экспертов, могла бы помочь разрешить некоторые проблемы. В частности, существенно облегчить исследование Марса и других планет Солнечной системы. Согласно прогнозам самого Уайта, космический корабль, оснащенный варп-двигателем, смог бы сократить время путешествия людей к Красной планете в несколько раз. А это означает, что колонисты получат гораздо меньшую дозу солнечной радиации, их организмы не так сильно пострадают от воздействия невесомости. Да и психологический фактор сбрасывать со счетов нельзя: провести в тесном пространстве космического корабля несколько недель – это совсем не то же самое, что находиться в таких условиях месяцами.

      Да и вообще, человечество все чаще ищет решение своих проблем и ответы на свои вопросы за пределами Земли. Одних проектов по освоению Луны и добыче на ней гелия-3 существует уже множество. Впрочем, для этого варп-двигатель не нужен. А вот, скажем, исследование пояса астероидов он мог бы сильно упростить. Между тем, по прогнозам астрофизиков, в нем находится масса редкоземельных элементов, которые требуются для самых современных технологий. При этом существующие космические аппараты добираются туда годами! Так, автоматическая межпланетная станция Dawn («Рассвет»), запущенная NASA для исследования астероида Веста и карликовой планеты Церера в 2007 году, достигла цели только в 2011-м! А варп-технология могла бы сократить этот срок на порядок!

      Да и за пределами Солнечной системы человеку нашлось бы дело. Ведь за последнее время астрономы NASA открыли целых 715 планет, потенциально пригодных для жизни. Но долететь до них с помощью технологий, доступных на сегодняшний день, невозможно. А вот двигатель, искривляющий пространство, сделает это вполне достижимым.

      Правда, если такое и случится, то очень нескоро. Даже сам Гарольд Уайт не надеется, что космический корабль, разработкой которого он занимается, будет построен при его жизни. Однако эксперты NASA, анализируя преимущества, которые может дать варп-технология в будущем, выступают за то, чтобы исследования продолжались. Тем более что, по словам Джона Эпплуайта, в большом финансировании лаборатория Уайта не нуждается. О перспективах же он высказывается очень однозначно: «Думаю, начальство очень заинтересовано в том, чтобы Уайт продолжал работать. Пока это просто теория, но если она воплотится в реальность, правила игры кардинально изменятся».

      Журнал "Планета", апрель 2014.