Книга Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд

Объяснение этому явлению – теория о том, что ионосфера отражает радиоволны, – пришло в голову Оливеру Хевисайду[180], первоклассному английскому физику, имя которого сегодня помнят только в академических кругах[181]. Еще в молодости он совершил революцию в области телекоммуникаций, но позже начал чудить. Он поменял свою одежду на кимоно, выбросил из дома мебель и заменил ее гранитными глыбами, оклеил стены неоплаченными счетами за газ, жил на молоке и печенье и завалил соседей вежливыми жалобами на них, которые подписывал «Его червячное превосходительство профессор Оливер Хивсайд»[182]. Удивительно, насколько иногда прогресс науки и техники зависит от людей, балансирующих на грани гениальности и сумасшествия. Была ли это милая эксцентричность, которая придавала красок скучной академичной жизни, или душевная болезнь, которая лишила человечество какой-то части замечательных идей? Мы никогда этого не узнаем. Близкий друг Хевисайда, известный физик Джордж Сирл, описывал его как «первоклассного чудака», но ни в коем случае не «психически больного»[183].

Идея Хевисайда о том, что ионосфера помогает распространению радиоволн, которую он выдвинул в 1902 году, легла в основу работы глобального радио– и телевещания. Что может быть лучше, чем иметь высоко в небе своеобразное зеркало, отражающее радиосигналы и посылающее их по всей планете? Проблема здесь одна: ионосфера – природное явление, и ее способность отражать и перенаправлять радиосигналы зависит от времени суток и погодных условий. Разве не лучше запустить в ионосферу настоящее зеркало, которое свяжет все уголки нашей планеты надежнее? Эта идея послужила основой для создания спутников связи.

Такие идеи посещали раньше и других людей, но ее разработка приписывается фантасту Артуру Кларку, который впервые написал о целесообразности создания космического корабля, который находился бы на орбите и действовал в качестве космического зеркала. В 1945 году Кларк предложил разместить три искусственных спутника на постоянных орбитах над различными частями нашей планеты, которая совершала бы внутри этой «цепи» свое обычное вращение[184]. Подразумевалось, что спутники должны висеть над Землей на расстоянии 36 000 км, двигаясь по орбитам, которые сегодня мы называем геостационарными[185]. Эта идея оставалась умозрительной до 1957 года, когда СССР запустил первый в мире искусственный спутник Земли. Это не был спутник связи, и его орбита не была геостационарной, но это был большой шаг в верном направлении. Три года спустя США сделали второй важный шаг, запустив свое устройство «Эхо» – первый прототип спутника связи, представлявший собой в буквальном смысле «космическое зеркало».

В отличие от современных спутников связи, представляющих собой металлические контейнеры размером с грузовик, напичканные электронной аппаратурой, питающиеся энергией от солнечных батарей, разработка которых стоит сотни миллионов долларов, «Эхо» представлял собой гигантский шар, 30 м в диаметре, из пластичного волокна майлар[186]. Он служил простым подтверждением идеи отражения радиоволн, которые направлялись и возвращались с него на Землю, словно мячики после удара о стену. Через два года после этого успешного эксперимента был запущен настоящий спутник связи Telstar. К 1965 году появился первый геостационарный спутник системы INTELSAT I Early Bird, который был способен передавать на Землю 240 телефонных каналов или один телевизионный. Современные спутники гораздо сложнее. Они могут одновременно ретранслировать сотни телеканалов.

Зачем использовать именно радиоволны?

Если все виды электромагнитного излучения по сути одно и то же, почему для связи мы используем радиоволны, а не рентгеновские или гамма-лучи? Ведь у них очень маленькая длина волны, поэтому и в передатчиках, и в приемниках можно было бы использовать гораздо меньшие по размерам и более удобные миниатюрные антенны.

Ответ состоит из двух частей. Во-первых, длина волны электромагнитного излучения обратно пропорциональна ее частоте. Чем длиннее волна, тем меньше частота, а следовательно, энергия[187]. В случаях рентгеновского и гамма-излучения при длине волны, сопоставимой с размером атома, частота невероятно высока. Мы измеряем радиоволны обычно в мегагерцах. А у рентгеновских и гамма-лучей частота (и энергия) в триллион раз выше. В большом количестве они вредны для человека. Стоит ли бомбардировать наши дома атомными лучами смерти?

Некоторые волны с большими длинами тоже вредны для нас. Сразу приходят на ум микроволновые печи. Их рабочее пространство защищено специальным металлизированным покрытием, которое предотвращает утечку вредного излучения. 13-см волны в микроволновках очень походят на те, на которых работают мобильные телефоны. Разница в том, что микроволновые печи используют в сотни раз больше энергии. Современные ученые (и не только) спорят, безвредны ли для нас мобильные телефоны, и чаще всего звучит аргумент о том, что именно разница в излучаемой энергии гарантирует, что микроволны могут поджарить вам корочку цыпленка в индийском блюде корма, но не воздействуют на кору головного мозга[188]. Говорят, что если попытаться разогреть ужин с помощью мобильника, то он в лучшем случае справится с этой задачей в несколько тысяч раз медленнее, чем микроволновая печь: дней за восемь[189].