Терри Пратчетт - Наука Плоского мира. Книга 4. День Страшного Суда
В том году Джозеф Дуайер в ходе полевых исследований во Флориде измерял рентгеновское излучение молнии и обнаружил мощный всплеск гамма-излучения, исходящего из туч. Энергетический спектр всплеска полностью совпадал со спектрами излучения, которое, как считалось, приходит с гораздо большей высоты. Тем не менее тогда никто даже не предполагал, что излучение, зафиксированное «Комптоном», – это излучение грозовых облаков, поскольку энергия сигналов представлялась слишком высокой. Ведь для «проталкивания» таких лучей через атмосферу требуется настолько огромная энергии, что в это сложно было поверить.
В 2002 году НАСА запустило RHESSI – спутник с солнечным спектроскопом для наблюдения излучений высоких энергий, названный в честь физика из НАСА, доктора Реувена Рамати. RHESSI должен был наблюдать гамма-излучение Солнца. Просматривать данные, нужные для доказательства того, что гамма-излучение исходит от Земли, Дэвид Смит нанял студентку Лилиану Лопес. Всплески происходили каждые несколько дней, то есть много чаще, чем фиксировала ГОК. Новый инструмент предоставлял гораздо более подробную информацию об энергетическом спектре, демонстрируя, что гамма-лучи действительно проходят в атмосфере значительные расстояния. Оказалось, что они зарождаются на высоте 15-25 километров, то есть на верхней границе обычных грозовых облаков. С накоплением доказательств становилось всё труднее отрицать, что именно грозы, а не спрайты, генерируют большое количество гамма-излучения.
Но каким образом тучи вырабатывают высокоэнергетическое излучение? Ответ пришёл непосредственно из кадров «Star Trek»: разумеется, это антиматерия. Когда обычная материя встречается с антиматерией, они аннигилируют. Этот процесс сопровождается мощным выбросом энергии: почти вся масса переходит в энергию. Корабли Звёздного флота движутся как раз за счёт этой реакции. Самая распространённая форма антиматерии – позитрон, то есть антиэлектрон, являющийся естественным продуктом радиоактивного распада. Он ежедневно используется в медицинских сканерах ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии). Тем не менее в природе антиматерия вырабатывается нечасто, по крайней мере, тучи никогда не славились богатством радиоактивных атомов. Однако есть свидетельства того, что гамма-излучение грозовых облаков связано именно с позитронами.
Идея вот в чём. Электрическое поле внутри облака обусловлено отрицательным зарядом сверху и положительным снизу. Иногда это поле генерирует высокоэнергетические убегающие электроны. Будучи отрицательно заряженными, они отталкиваются электрическим полем нижней части облака и притягиваются верхней, то есть поднимаются. При этом они ударяются об атомы молекул воздуха, создавая гамма-излучение, и могут образоваться электронно-позитронные пары. Электроны продолжают подниматься вверх, тогда как позитрон с его положительным зарядом стремится вниз, притягиваемый полем нижней части облака. На своём пути он ударяется о всё новые атомы воздуха, выбивая новые электроны, и так далее. Возникает своего рода цепная реакция, которая распространяется по всей гряде грозовых облаков.
Получается что-то вроде природного лазера. В лазерах каскады фотонов движутся туда-сюда между зеркальными поверхностями, производя всё новые и новые фотоны, пока излучение не становятся настолько высокоэнергетическим, что не проходит сквозь одно из зеркал. В случае с грозами «зеркалами» служат верхняя и нижняя части облака, а вместо бегающих взад-вперёд фотонов в облаке вверх-вниз снуют электроны. К 2005 году эта гипотеза основательно укрепилась. Космический гамма-телескоп «Ферми» зафиксировал, что пучки заряженных частиц, производимых грозовыми облаками, могут перемещаться вдоль силовых линий магнитного поля Земли на сотни миль, причём в значительной части они состоят из позитронов.
Это открытие представило нам грозовые облака в совершенно новом свете. Оказывается, «молот Тора» не только искрит и грохочет, он ещё создаёт антиматерию. Открытие подобного рода просто невозможно совершить, подсовывая поверхностные сверхъестественные объяснения. Оно целиком основано на сомнении учёных в «общеизвестных» фактах.
Даже знакомые всем истоки могут по прошествии времени привести к новым историям. В поисках рационального объяснения чего-либо наука часто меняет свою парадигму в ответ на появление новых доказательств или идей. Хороший тому пример – история о происхождении Земли и Луны, претерпевшая ряд крутых виражей. Во время одного из таких поворотов была даже предпринята попытка отвергнуть новые доказательства, чтобы сохранить старую научную парадигму.
В тот раз проблемой стало не отсутствие доказательств, а напротив, слишком большое их количество. Ведь можно сколько угодно изучать строение Земли, исследовать срезы горных пород и летать на Луну за образцами камней. Однако в определённом смысле всё это богатство данных лишь усложняет проблему доказательства. Что значат все эти образцы? Мы пытаемся восстановить картину событий, случившихся 4,5 миллиарда лет назад. В то время Вселенная уже существовала около 9 миллиардов лет (это если доверять теории Большого взрыва, а согласно другим теориям, может быть, даже и дольше). Во всех космологических теориях строение Вселенной с возрастом усложняется, то есть со времени появления Солнечной системы в её окрестностях накопилось достаточно стройматериалов. Из того, что мы наблюдаем сегодня, можно сделать логический вывод о том, как именно весь этот космический хлам мог соединиться в систему Земля-Луна. В эти данные входят наблюдения за астероидами, Солнцем, другими планетами, а также подробная информация о строении Земли и Луны. (Мы говорим «Луна», хотя согласно последней гипотезе спутников у нашей планеты изначально могло быть больше.) Очевидно, были времена, когда Земли не существовало, а потом она возникла. Луна появилась на несколько сотен миллионов лет позже. Их происхождение взаимосвязано, и нельзя объяснить происхождение одной, игнорируя другую.
Главная проблема генезиса Луны и Земли в том, что лунная порода по химическому составу очень похожа на земную мантию. Мантия – это толстый слой породы, залегающий под континентальной и океанической корой и над железным ядром. В частности, пропорции различных изотопов некоторых элементов совпадают как на Луне, так и на Земле. Подобное совпадение слишком невероятно, чтобы соответствовать ранним теориям происхождения Луны, например, что два небесных тела образовались независимо друг от друга из первичного газопылевого облака, вращающегося вокруг Солнца, или что гравитационное поле Земли «поймало» Луну, когда та случайно пролетала мимо. Один из сыновей Чарльза Дарвина, Джордж, полагал, что Луна была вытолкнута из быстро вращающейся Земли, но механика этого процесса, в частности энергия и угловые моменты вращения, не соответствует действительности. Более того, Земля и Луна не просто сконденсировались из космической пыли. Астрофизики и геофизики считают, что Земля сформировалась из многих мелких планетизималей, которые были частью огромного диска, в центре которого находилось Солнце. Современные телескопы позволяют рассмотреть подобные диски вокруг молодых звёзд в соседних звёздных системах: их было найдено уже довольно много, так что вполне вероятно, что теория подтверждается.
