Текст книги "Кто вы?"

Автор книги: Николай Петрович

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 13 страниц)

Сравним кратко эти три дороги, на которые рано или поздно выйдет человек.

Прямой контакт, или баррикады «но»

Раскроем первый попавшийся под руку фантастический роман на космическую тему. С очень большой вероятностью мы встретим там такую сцену.

Молодой землянин с умным мужественным лицом, украшенным часто бородкой (может, мода на бородатых юнцов отсюда и пошла?), помахав с борта космического корабля невесте и прочим жителям планеты, стремительно стартует.

Он летит к обитателям далекой звезды для установления прямого контакта. Все предельно просто: «Прилетел, увидел, установил». Однако на пути осуществления этой мечты встают гигантские баррикады различных «но».

Первая из них – невообразимо большие расстояния. Пытаться их победить можно, располагая звездолетом со скоростью, близкой к скорости света.

Попробуем полететь к ближайшей звезде – альфе Центавра на самом быстроходном корабле, уже созданном человеком. Это корабли типа «Союз» и «Аполлон», развивающие вторую космическую скорость, равную приблизительно 11 километрам в секунду. Свет преодолевает расстояние Земля – альфа Центавра за 4,3 года. Отношение скоростей С/V покажет приблизительно, во сколько раз время полета нашего корабля будет больше, чем светового луча. Получаем время полета… боюсь испугать читателя… более 100 тысяч лет!

Вот к какому «но» привела наша попытка слетать к ближайшей звезде-соседке.

Нельзя ли существенно форсировать скорость наших ракет? Скорость корабля тем выше, чем больше скорость газов, выбрасываемых из сопла двигателя. Современные ракетные двигатели создают тягу за счет сгорания химического топлива. Расчеты показывают, что предельные скорости истечения газов здесь достаточно малы. Используя их, можно обеспечить полеты только в пределах солнечной системы. Выход за ее пределы требует новых двигателей.

В этом состоит очередное «но».

Достижение скорости, близкой к световой, требует создания реактивной тяги с потоком частиц, движущихся также со скоростью, соизмеримой со световой.

Идея такого двигателя уже обошла страницы многих журналов: это фотонный двигатель. На корабле создается установка, излучающая мощный поток световых частиц – фотонов. Под действием реактивной силы корабль получает стремительное движение в обратную сторону. Дьявольски просто! Но нужен бортовой источник электромагнитного излучения неслыханной мощности. Принципиально он может базироваться на использовании ядерных реакций, аннигиляции вещества и др. Но это огромная, пока не решенная проблема.

Кроме того, при достижении высоких скоростей коварную роль начинает играть так называемое число Циолковского. Это отношение начальной массы корабля (на старте) к конечной (на финише). Чем ближе скорость корабля к скорости света, тем больше должно быть это число.

Пусть корабль со скоростью V, близкой к С, летит по замкнутому маршруту Земля – туманность Андромеды – Земля. Если стартовая масса корабля, скажем, 6 миллионов тонн, то на финише он должен иметь массу лишь в 1 грамм!

Фантастичность таких чисел на современном уровне техники очевидна. Если лететь на фотонной ракете к ближайшей звезде – альфе Центавра и обратно, то здесь более обнадеживающая ситуация. Соотношение масс старта и финиша будет порядка сотен.

Далее, если заставить корабль набирать скорость очень быстро, то его земные пассажиры могут стать жертвой… собственного веса. Уже при ускорении в 20 м/сек² (удвоенное земное ускорение) на бедного пассажира будет взвален рюкзак, приблизительно равный его весу. Заметно переступать эту черту при длительных полетах рискованно. Следовательно, набор скорости корабля и, конечно, ее сброс должны идти сравнительно медленно у любых кораблей, даже фотонных.

А можно ли, набрав в конце концов некоторую скорость, выключить двигатель для экономии горючего и лететь по инерции?

Конечно, можно. Но тогда вылезает другое «но»: плохое использование удивительной «машины времени Эйнштейна». В отличие от фантастического творения Уэллса, эта машина реальна. Хотя она пока подтверждена только измерениями в мире быстрых элементарных частиц, нет сомнения, что будущие полеты также докажут справедливость этой идеи. Принцип работы этого сжимателя времени прост: чем ближе скорость корабля к скорости света, тем медленнее течет время для его обитателей. Это и приводит к известному «парадоксу близнецов» или к ситуации, когда возвратившийся из дальних звездных странствий отец окажется значительно моложе своего сына.

Сжатие времени на корабле создает принципиальную возможность совершать в течение одной жизни полеты к очень далеким звездам. Но для этого потребуется длительная работа двигателя, разгоняющего корабль до скорости, близкой к скорости света. Значит, потребуется большой расход топлива, значит…

Еще целый ряд «но» связан с защитой галактического корабля от разрушения при столкновениях с частицами межзвездной среды. На субсветовых скоростях столкновения с мельчайшими частицами может вызвать грандиозную катастрофу.

Подведем итоги. Мы, читатель, являемся современниками первого этапа в освоении космоса. Человек создал технику, которая позволит ему в ближайший исторический отрезок освоить околосолнечное пространство. Для полета к другим звездам и поиска прямых контактов с обитателями иных миров необходима новая, неизмеримо более совершенная техника.

Но ты можешь возразить, сказав: «Ведь должны быть сверхцивилизации, которые достигли этой техники? Могут они прилететь к нам?»

Да, могут! Однако обилие «но», далеко не полностью нам сегодня известных, и наша затерянность в звездных россыпях делает вероятность этого события очень малой.

Таким образом, прямой контакт с обитателями иных цивилизаций, во всяком случае по нашей инициативе, отодвигается в далекое будущее. (У меня сохранилась переписка с Е. Д. Айсбергом по проблеме контакта. Его талантливые популярные книги «Радио? Это очень просто!», «Телевидение? Это очень просто!», «Цветное телевидение? Это почти просто!» переведены с французского на русский язык и пользуются успехом. Под давлением рассмотренных «но» он пришел к фатальной концепции: природа поставила баррикады на пути контактов, чтобы исключить войны между цивилизациями. Наивность такой трактовки не требует комментариев. По-видимому, ожидать выхода в свет следующей его книжки «Контакт? Это очень просто!» нет оснований.)

Роботконтакт

Этот вид контакта отличается от прямого тем, что в нем не участвуют живые существа.

Некая высокоразвитая цивилизация направляет в сторону подозреваемых в наличии разумной жизни участков неба звездолеты-роботы. Им задается точная программа. Например, прилететь в намеченную звездную систему, стать искусственным спутником звезды (или одной из планет) и начать передавать информацию из своего запоминающего устройства. Информация может постепенно нарастать по сложности, что поможет уловить ее логику. Робот сможет сообщить, чей он посол, передав, например, телевизионную картинку своего созвездия. Такой космический робот снимает ряд «но». Отпадет труднейшая проблема возвращения космонавтов на родную планету. Длительность полета может быть значительно больше срока жизни пославших существ. Допустимые ускорения могут быть значительно больше. Энергию робот может получать от звезды, в гости к которой он прилетел. Излучаемые им радиосигналы будут неизмеримо мощнее, чем излучаемые с планеты, его пославшей.

Все это делает несколько более вероятным появление таких роботов в просторах той или иной звезды, чем живых колумбов космоса. Надо следить за сигналами, приходящими на Землю извне. Может, такие роботы давно нам сигналят, но мы их не слышим. Мы слабо следим за небом.

Радиоконтакт

Как будет показано ниже, радиоволна и есть тот идеальный галактический корабль, который так нужен нам для контакта. Он движется со скоростью света. Не требует разгона и торможения. Не подвержен действию сил тяготения. Принципиальный его недостаток – он не может перевозить материальные тела. Единственный груз, который на него можно взвалить, – информация.

А разве этого мало? Любой накопленный опыт в освоении законов природы или в социальном устройстве общества можно передать с помощью информации.

В создании этого галактического радиокорабля имеются свои трудности. Но они неизмеримо меньше, чем при организации прямых контактов или контактов роботами.

Поэтому дальнейшие главы книги будут посвящены именно этому виду контактов.

Глава II
В джунглях… колебаний и волн

Мир, в котором мы живем, удивительно склонен к колебаниям.

Из учебника физики

Иного нет у нас пути…

Итак, мы хотим построить радиомост к другим цивилизациям. Первая глава утверждает, что нам есть к кому строить этот мост. Следовательно, необходимое условие – наличие хотя бы двух корреспондентов, – вероятно, выполняется. Теперь нам надо сделать второй шаг: оценить, можно ли это практически осуществить; можно ли заставить радиоволну преодолеть невероятно большие расстояния, пройти сквозь все виды помех и принести привет из одного мира в другой.

В этом и состоит проблема радиоконтакта.

Но прямо шагнуть к ней нам не удастся. Ее окружают джунгли, заросли и сплетения из разных колебаний и волн: быстрых и медленных, затухающих и нарастающих, волн радио и световых, плавных и пилообразных.

Попробуем, читатель, вместе продраться сквозь эти заросли, и пусть это будет разминкой перед атакой основного вопроса. По дороге я расскажу об избранных представителях этого мира колебаний, так как из этой не видимой глазом «растительности» и творит радиотехник свои чудеса, из них и придется возводить радиомост. Этот мост будет самым грандиозным творением и по масштабам и по тайнам, которое оно раскроет.

Воздвигнуть его можно, только ведя работы с двух сторон. Но сначала нам надо преодолеть зону джунглей. Более легкого пути к проблеме нет, как не нашел Птолемей I легкого царственного пути к познанию геометрии, минуя изучение основных ее теорем.

Крик новорожденного

Едва появившись на свет, еще не раскрыв свои глаза, малыш поднимает крик на всю округу. Ему жаль покинутого уютного местечка, а чудеса комфорта современного мира еще неизвестны.

Как появляется этот звук?

Вибрация эластичных голосовых связок вызывает колебания воздуха. Эти колебания излучаются ртом, распространяются в окружающей среде, и мы слышим крик малыша.

Раскрыв глаза, ребенок видит свет. Он воспринимает световые волны, поступающие от Солнца или лампочки. Так, не имея еще никаких понятий об окружающем мире, а тем более о колебаниях, ребенок рефлекторно излучает и принимает их.

Подрастая, этот молодой землянин будет сталкиваться все с новыми и новыми видами колебаний. Бросая камни в воду, он будет вызывать расходящиеся кругами волны. При этом далеко не всегда он будет следовать полезному совету Козьмы Пруткова: «Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые; иначе такое бросание будет пустою забавою».

Раскачиваясь из стороны в сторону на макушке дерева (до чего здорово!), он совершает вместе с ним механические колебания.

Звонок об окончании урока временами ему будет казаться лучшей музыкой. Я до сих пор помню замирания сердца в ожидании этих спасительных звуковых колебаний в дни опросов. Часто выручало центральное положение буквы «П». Но зато трепетать приходилось и при опросе «сверху» (с буквы А), и при опросе «снизу».

С электромагнитными колебаниями, или радиоволнами, молодая человеческая поросль теперь часто знакомится раньше, чем с букварем. Это заслуга домашних полуроботов – радиоприемников и телевизоров (третьи лица – родители – из этого процесса обычно самоустраняются).

Наконец, каждый человек имеет свой генератор ритмичных колебаний – сердце. Тысячелетиями даже мгновенная остановка этого генератора означала обрыв нити жизни. Последнее время человек в ряде случаев научился внешним толчком в несколько тысяч вольт снова пускать его в ход. Сделано несколько замен хлюпающего аритмичного генератора более молодым. Идет разработка миниатюрного генератора для подмены природного сработавшегося. Фразы «у него нет сердца», «у него холодное сердце» в недалеком будущем, наверное, будут звучать иначе – «у него транзисторное сердце».

Примеры встречающихся в природе и технике колебаний легко приумножить до сотен и тысяч. Но мы не пойдем, читатель, по этой тропе, поросшей скукой. Она ведь тоже мочалит наш источник колебаний. Нет ли компаса для ориентировки в этих джунглях колебаний?

Есть! Присмотримся к любому колебательному движению, например к колебаниям ног идущего или бегущего человека. Посылается правая вперед, левая остается сзади. Затем выбрасывается левая вперед, правая остается сзади (за счет перемещения тела). Это и есть один цикл колебаний. Значит, ходьба и бег есть результат простого периодического раскачивания в противофазе двух маятников – ног, «закрепленных в одной точке». Чем больше циклов мы делаем в секунду, тем большее пространство преодолеваем. Вот это число совершаемых циклов или колебаний в секунду и есть универсальный компас в мире колебаний. Имя его – частота колебаний.

Медленно гуляющий человек совершает, скажем, один цикл (два шага) в секунду. Такую частоту приняли за единицу и назвали герцем. Ноги спринтера колеблются значительно быстрее, и их частота достигает 15–20 герц.

Часто важно знать время, за которое совершается один цикл колебаний. Разделив одну секунду на частоту колебаний, мы получим эту величину: ее называют периодом колебаний.

Как-то я пытался выяснить у студента, куда движутся электроны в батарейке карманного фонаря: от плюса к минусу или наоборот. За 40 секунд нашего спора он ухитрился изменить свое мнение на обратное четыре раза. Средний период его колебаний «не так уж велик»:

T = ⁴⁰/₄ = 10 секунд.

Отсюда их частота F = 0,1 герца.

Всякое движение, в том числе и колебательное, происходит во времени. Наблюдая положение или состояние колеблющегося тела в разные моменты времени, можно легко выявить периодичность и форму колебаний. Особенно наглядна их графическая запись. Проходя как-то мимо стройки, я увидел, что на ленте транспортера происходит запись некоего колебания. Вопли сверху открыли секрет. Ситуацию можно было назвать: «НОТ в действии». Маляр, развлекая свою очаровательную помощницу, раскачивал ее в люльке, как на качелях. С забытой кисти стекала краска. Она-то и отмечала положение качелей в разные моменты времени. На ленте мы видим волнообразную кривую, имеющую красивое, звучное имя – синусоида (вполне подходящее имя для гибкой, стройной девушки, не так ли?).

Синус обычно ассоциируется в сознании с треугольником. Мы с ним сталкиваемся в том или ином виде на протяжении всей жизни. Он же выражает временную зависимость отклонения маятника (качелей) от среднего положения. Поэтому колебания такого типа, с характерным плавным переходом из одного крайнего состояния в другое, получили название синусоидальных. Маляр и не подозревал, что совершает со своей спутницей путешествие по синусоиде. Максимальное отклонение качелей от нулевого положения называется амплитудой.

Колебания могут происходить не только по синусоиде.

Два примера. Электронный луч телевизионной трубки при развертке изображения совершает пилообразные колебания, похожие по форме на очертания зубьев пилы. Гейзер Великан (Камчатка) выбрасывает струю горячей воды в течение 4 минут, затем следует длительная пауза – 2 часа 55 минут. Амплитуда, или высота струи над поверхностью земли, достигает 40 метров. Такой режим работы называется импульсным, а его колебания – импульсными.

Обратимся к вращательному движению. Здесь мы тоже наблюдаем циклические повторения. Есть ли это колебательное движение? Оказывается, сумма двух синусоидальных колебаний равной частоты, сдвинутых под углом в 90 градусов, образует круговое движение. Давайте подадим на вертикальные и горизонтальные пластины телевизионной трубки (или осциллографа) одно и то же синусоидальное колебание. Это заставит электронный луч колебаться, как на качелях, одновременно и в вертикальной и в горизонтальной плоскости. На экране мы увидим неожиданный результат – идеально выписанную окружность.

Период вращательного движения, естественно, равен времени одного оборота.

Мы уже познакомились с разверткой колебаний во времени или с его временным ходом. Имеется второй метод графического изображения колебаний. Он особенно удобен при изображении нескольких колебаний с разными частотами. При этом используется ось частот (а не ось времени, как в первом случае). На этой оси каждое колебание изображается вертикальной линией, высота которой пропорциональна амплитуде колебаний. Такое изображение получило название спектрального. Пусть две струны колеблются одновременно. Одна с частотой F₁ = 200 герц, другая с частотой F₂ = 500 герц. Амплитуда колебаний первой равна одному миллиметру, а второй – двум миллиметрам. Временной ход и спектр этих колебаний показан на приведенном здесь рисунке.

В природе и технике мы сталкиваемся с великим разнообразием колебаний. Поразительно то, что, меняя всего лишь один их параметр – частоту колебаний, мы меняем их свойства, их природу. Века потребовались человеку, чтобы распознать единую основу в морских волнах и солнечном свете, в звуках и радиоволнах.

Спектр изученных человеком колебаний очень широк.

Начинается он от очень медленных механических колебаний в доли герца и кончается невообразимо быстрыми рентгеновыми и гамма-лучами с частотой в миллионы миллиардов колебаний в секунду. А между ними сколько разных пород колебаний: звуковые, радиоволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи…

Таким образом, в наших колебательных джунглях скучать не будешь от однообразия видов.

Среди волн

Речь пойдет, конечно, не о восхитительной картине И. К. Айвазовского «Среди волн», почему-то недостаточно известной. Я как-то присел на минутку полюбоваться этим гигантским полотном, заполненным диким вихрем волн. Только волны. Кораблей нет. Людей нет. Берега нет. Только хаос возбужденной колебательной стихии. И не заметил, как провел у полотна два часа.

Что же такое волна?

Давайте выстроим шеренгу из старинных русских игрушек ванек-встанек. (Этот ванька обладает таинственной силой – нас так и тянет его валить и бесконечно наблюдать, как он бодро вскакивает.) Толкнем первого. Он начнет колебаться и передаст толчок второму, второй – третьему и т. д. Это простейшая модель преобразования колебаний источника в колебание, бегущее в пространстве. Такое распространяющееся в окружающей среде колебание образует волну. Почему она возникает?

Источник всегда окружен некоторой материальной средой. Возбуждающий элемент источника передает колебания непосредственно прилегающим к нему частицам среды. Они, в свою очередь, передают их своим соседям, более удаленным от источника, и т. д. Грубо говоря, генератор колебаний «раскачивает» окружающую среду, в ней возникают волны, распространяющиеся в этой среде. Частицы среды – лишь промежуточные ваньки-встаньки. Каждая из них колеблется, пользуясь модным словом, в своем микрорайоне. В этом легко убедиться. Ударьте пальцем по натянутой веревке. По ней побежит волна. Она передастся от элемента к элементу.

Меня много раз выручала эта волна в горах. Альпинистская веревка, часто называемая нитью жизни, имеет коварное свойство цепляться за все уступы, плохо лежащие камни и попадать в расщелины. Такое событие на трудной скальной стенке грозит печальными последствиями.

Но, пустив по веревке небольшую волну нужной амплитуды, удается освободить веревку и исключить опасность.

Следовательно, частицы среды не путешествуют вместе с волной. Ведь именно благодаря этому световые и радиоволны преодолевают силы тяготения без всяких усилий, без всяких ракетных двигателей. Это и создает предпосылки для радиоконтактов.

Из надписей на шкалах приемников познаются по крайней мере два факта:

– волны бывают разной длины (длинные, средние, короткие и ультракороткие);

– длина их обозначается таинственной буквой λ (лямбда).

Что же есть λ? Перенесемся мысленно на море. Плавая на морских волнах, вы чуть-чуть поссорились со своей подругой. Пребывание вместе на одном гребне волны стало принципиально невозможным. Ваша подруга переместилась на соседний гребень. Теперь расстояние между поссорившимися равно λ (при крупных ссорах дистанция в одну λ, вероятно, будет недостаточной). Итак λ – это расстояние, которое волна пробегает за время одного цикла или одного периода колебаний в среде, и называется длиной волны.

Подсчет λ прост: скорость распространения колебаний в данной среде надо умножить на время одного периода. По мере увеличения частоты длина волны, естественно, уменьшается.

Для радиоволн λ лежит в интервале от сотен метров до долей сантиметра. Световые волны пробегают за время одного периода всего лишь одну миллионную долю сантиметра. А для гамма-лучей это расстояние нужно еще уменьшить в миллион раз!

Радиоволны настолько вошли в наш быт, что стали почти домашними животными. А ведь было время, когда только один человек на Земле верил в возможности излучения и распространения радиоволн. Этот человек создал общую теорию взаимодействия электрических и магнитных нолей, выраженную им в строгой математической форме в виде уравнений.

Из уравнений следовал невероятный для того времени (1873 г.) вывод – можно создать радиоволны, которые будут распространяться на большие расстояния!

Более того, уравнения позволили предсказать скорость распространения этих существовавших только на бумаге и в воображении ученого волн. Она оказалась весьма близкой к уже известной скорости света. Наконец, эти же уравнения вскрывали тайну световых лучей. Из них следовала электромагнитная природа света.

Кто же этот первооткрыватель радиомира? Это английский ученый Джемс Клерк Максвелл.

Спустя 15 лет существование радиоволн было подтверждено опытами, проведенными выдающимся немецким физиком Генрихом Герцем. Но сам он, как ни странно, не верил в будущее радиоволн. И понадобился гений Александра Степановича Попова, чтобы использовать волны Максвелла для передачи информации. Это случилось еще 8 лет спустя после опытов Герца – в 1895 году.

Полученные столетие назад уравнения, носящие название уравнений Максвелла, еще и сегодня являются стандартным аппаратом для анализа электромагнитных явлений в любых заданных условиях. Лучшими стихами на памятнике Максвеллу были бы… эти уравнения.

Чем же определяется предельная дальность распространения колебаний в среде?

Теоретически всякое колебание, раз возникнув в среде, распространяется в ней беспредельно, точнее, «достигает бесконечно удаленных точек с бесконечно малой амплитудой». Но из опыта мы знаем, что для всякого колебания (звукового, светового, радио) имеется предельное расстояние, за которым обнаружить его не удается.

В чем же дело? Не шутит ли с нами теория?

Ответ на этот вопрос читатель найдет в следующей главе.

Щели в доспехах

Итак,

а) в природе наблюдаются колебательные движения с частотами очень широкого диапазона – от ничтожных долей периода до миллиардов миллиардов периодов в секунду. Свойства этих колебаний различны и определяются их частотой. Принципиальная особенность колебательных движений – способность распространяться в окружающей среде;

б) обитатели Земли («в упорном труде») изучили многие свойства этих колебаний, научились генерировать, излучать и принимать эти колебания в удаленных от источника точках.

Теперь уместно поставить два вопроса. Какие колебания способны уйти навсегда за пределы Земли и стать вестниками нашей цивилизации? Какие колебания могут прийти к нам из космоса и принести весть от обитателей иных миров?

Сразу нужно исключить из рассмотрения все неэлектромагнитные колебания (механические, звуковые, ультразвуковые), которые могут распространяться только в средах типа воздух, вода, металл и быстро в них затухают. Из электромагнитных колебаний также далеко не все могут быть использованы для межзвездной связи.

Наша планета совершает свой путь по холодному космическому пространству в могучих тройных доспехах.

Первая – самая тонкая – броня поднимается над поверхностью на 20 километров и именуется тропосферой. Вторая – в четыре раза толще – это стратосфера. И наконец, самая мощная броня, составляющая сотни километров, – ионосфера.

Только благодаря этим доспехам нам на голову не падают бесчисленные метеориты: они сгорают в атмосфере. Только благодаря этому панцирю на Земле есть люди, животные, деревья, розы… Это он поглощает сильное рентгеновское и ультрафиолетовое излучения, приходящие к нам из космоса, и защищает все живое.

Но в этих доспехах есть две щели. Через одну свободно проникают радиоволны, через другую свет. Эти два «окна» и соединяют нас со вселенной. Через световое окно поступает солнечный свет и свет звезд. Этим окном пользуются астрономы. Их инструменты – глаз, бинокль, телескоп, фотоаппарат и др.

Через радиоокно к нам поступает невидимое глазом излучение небесных тел. Благодаря ему и возникла радиоастрономия. Инструменты здесь – радиотелескопы, радиоприемники, осциллографы и т. д.

Радиоастрономия – молодая ветка на древнем дереве астрономии. Правда, на нем в последнее время появились и совсем молодые побеги – рентгеновский, ультрафиолетовый, инфракрасный, нейтринный.

Эти направления связаны с выносом приборов для наблюдения за пределы трех панцирных оболочек Земли. Поэтому не будем растекаться мыслью по этому древу, а вернемся к нашим щелям.

В радиоокно проникают колебания далеко не всего радиодиапазона. Длинные волны, порядка одной-десяти тысяч метров (λ = 10 000–1000 метров), распространяются вдоль земной поверхности и хорошо ее огибают. Но в космос они не могут пробиться. Кроме того, они сильно поглощаются земной поверхностью и быстро затухают. Для связи с небесными телами такие радиоволны явно не подходят.

Средние (λ = 1000–100 метров) и короткие (λ = 100–10 метров) волны в большинстве случаев не могут преодолеть третий панцирь – ионосферу. Под действием поступающих извне ультрафиолетовых лучей происходит ионизация верхних слоев атмосферы. Суть этого процесса состоит в отрыве одного или нескольких электронов от атомов газа. Потеряв электроны, атомы превращаются в положительно заряженные ионы. Степень ионизации измеряют числом свободных, то есть оторванных от атомов, электронов. Их число в одном кубическом сантиметре ионосферы доходит до миллиона! Эта столь многочисленная воинственная армия хаотически движущихся свободных электронов создает непреодолимую электрическую броню. Она отталкивает волны этого диапазона обратно на Землю.

Однако против волн порядка 10 метров и короче эта грозная броня оказывается бессильной. Они свободно ее пронзают и покидают Землю. В чем тут секрет? Его можно раскрыть, наблюдая массовый танец электронов в ионосфере при вторжении волны. Да, да – именно танец. Пока длина волны больше 10 метров, эти воинственные танцоры успевают плясать ритмично с гармонически извивающейся приходящей волной. Каждый танцор имеет заряд. Ритмичное движение этих зарядов создает в ионосфере свое электромагнитное поле; его называют противополем. Взаимодействие приходящего поля и противополя приводит к отражению радиоволн. При более высоких частотах, или волнах менее 10 метров, ритм танца становится для исполнителей бешеным: ведь это десятки миллионов па в секунду! Даже электроны оказываются для этого слишком неуклюжими. Они задыхаются и прекращают танец. Противополе исчезает. Волны свободно уходят в космос. Однако и для таких ультракоротких волн природа воздвигла серьезный барьер. Оказалось, что верхнюю границу этим волнам создает неожиданно нижний слой брони – тропосфера. При длине волны порядка одного сантиметра тропосфера сильно поглощает радиоволны, и они уже не достигают ионосферы. При этом основным поглотителем являются капли влаги, водяные пары, снежинки и т. п.

Следовательно, земляне имеют значительное радиоокно в космос. Грубо говоря, его протяженность от 10 метров до десятых долей сантиметра.

Заметим, что световое окно имеет меньшую ширину. Оно пропускает световые волны длиной от 0,4 до 0,75 микрона.

Выбор наиболее выгодных волн в радиоокне для межзвездной связи мы рассмотрим ниже. Отметим только тот факт, что радиоокно, как и световое, одинаково хорошо прозрачно в обе стороны. Так же, как днем окно пропускает в комнату лучи Солнца «извне», так ночью яркий свет электрической лампочки в комнате льет свет через окно «вовне». Поэтому все электромагнитные колебания, которые проходят к нам через броню, могут быть использованы нами и для подачи сигналов в космос.

Обратимся ко второй щели – световой. Через это световое окно уже миллиарды лет льется на Землю даровая энергия Солнца. Она и в каменном угле и нефти, она в сирени и ландыше; она в птахе и в человеке.

Этот поток настолько могуч, что глазом уловить днем слабые световые потоки других светил невозможно. Правда, был один период в истории Земли, когда ее обитатели могли любоваться и Солнцем и вновь вспыхнувшей звездой одновременно. Он отмечен в древних летописях (см. ниже).

Но вот окончен трудовой день могучего светила. Лучи его гаснут, и зажигается несметное число других далеких солнц на небе.

С незапамятных времен и до наших дней световое окно работало в режиме «извне». В прошлом веке были, правда, проекты подать световые сигналы возможным обитателям Луны и Марса. Так, великий математик Гаусс предложил вырубить в сибирской тайге гигантский треугольник и засеять его пшеницей. Венский астроном Литтров предлагал прорыть в Сахаре огромные каналы, изображающие собой геометрические фигуры длиной в десятки километров. Каналы эти заполнить водой, а ночью наливать поверх воды керосин и поджигать его. Во Франции предложили соорудить гигантское зеркало и пускать им солнечные «зайчики» в сторону Марса. Лучших решений в ту пору и не могло быть.

Сегодня у нас есть возможность направить мощный импульс света в окно и начать работу в режиме «вовне». Земляне изобрели свое управляемое солнце.

Его краткая биография дана в следующем разделе.

Лавина электронов

Имя этого солнца – лазер (по первым буквам полного английского названия: «Lightamplification by stimulated emission of radiation» – «Усиление света путем вынужденного излучения»).

Лазер – это генератор света, генератор световых электромагнитных колебаний. Но что же в нем особенного и чем его свет отличается от луча прожектора?

Для уяснения сущности лазера придется вспомнить, что такое свет, как он возникает и как человек создал свое земное солнце.