Приключения радиолуча

Температура в конденсатах очень высока — 3— 5 миллионов градусов. Для сравнения: температура на поверхности Солнца — шесть тысяч градусов, в короне — миллион. Именно поэтому атомы в конденсатах теряют электроны и становятся источниками рентгеновского излучения. Так была найдена природа солнечного рентгена — его порождает разогрев небольших участков короны.

Исследователей особенно интересуют вспышки — гигантские взрывы в солнечной атмосфере. Для исследования вспышек в Физическом институте АН СССР имени Н. П. Лебедева была создана прецизионная аппаратура. С ее помощью ученые выяснили, что вещество вспышки нагревается до 30—50 миллионов градусов и порождает резкий всплеск жесткого рентгеновского излучения, в тысячу раз превосходящего рентгеновский поток от конденсатов.

Но где источник чудовищного взрыва, эквивалентного миллиарду водородных бомб? На Земле при современном уровне электродобычи такую энергию можно получить за 1000 лет. Ученые пришли к выводу, что вспышка черпает свою энергию из магнитного поля Солнца. При вспышке поле перестраивается таким образом, что в плазме солнечной короны возникают мощные электрические токи, подобно тому, как образуются они в динамо-машине. Эти-то токи и нагревают солнечное вещество до чудовищных температур. Но иногда при вспышке происходит как бы «разрыв» токовой цепи, и в этом месте частицы плазмы ускоряются до колоссальных энергий и вырываются в пространство. Некоторые из них — протоны, обладающие высокой проникающей способностью, могут быть опасными для космонавтов. Но не только Солнце источник космического рентгена, в настоящее время обнаружено более сотни галактических объектов — источников рентгеновского излучения.

За рентгеновским диапазоном лежат еще более жесткие, то есть несущие еще большую энергию, электромагнитные волны — гамма-лучи. Подчас гамма-излучение и рентгеновские лучи не отличишь друг от друга. Обычно те электромагнитные волны, которые порождаются ядрами, называют гамма-излучением, а те, которые атомами, — рентгеновскими лучами. Но если их частота совпадает, то физически эти волны отличить уже невозможно, каков бы ни был их источник.

За свою большую энергию гамма-лучи иногда называют гамма-квантами. Их энергия столь велика, что, пройдя сквозь наше тело, они могут повредить молекулы, из которых мы состоим. Благодаря атмосфере люди защищены от губительного воздействия гамма-излучения из космоса. Встречается оно и на Земле, часто сопровождая, например, радиоактивный распад. В качестве источника гамма-лучей служат такие радиоактивные изотопы с длительным периодом полураспада, как кобальт-60 и цезий-137. Волны более высоких частот получают на ускорителях.

Пассажиры международных линий, обслуживаемых американскими самолетами, поначалу очень беспокоились, когда на завтрак стали получать бифштекс в пластмассовой упаковке, на которой было написано: «Стерильность гарантирована лучевой обработкой». Но потом привыкли. Сейчас число стран, в которых в промышленных масштабах используются гамма-лучи для сохранения пищевых продуктов, исчисляются уже десятками.

Гамма-излучение находит и другие применения: предпосевное облучение семян для улучшения всхожести и повышения урожайности, в птицеводстве — Для повышения продуктивности, в рыболовстве — Для улучшения искусственного оплодотворения икры, в медицине — в онкологической практике…

В последнее время выяснилась большая роль, которую играет гамма-излучение в космосе. Оно обнаружено у Солнца и пульсаров. Гамма-излучение создают двойные звезды, одна из которых является нейтронной. Своим сильным гравитационным полем нейтронная звезда как бы засасывает потоки газов со своего спутника. В результате энергетического взаимодействия потоков газа с оболочкой нейтронной звезды и рождается гамма-излучение. Оно возникает в различных частях нашей Галактики. Как и в случае рентгеновских лучей, исследование и объяснение причин гамма-излучения выделилось в отдельное направление — гамма-астрономию.

Существует гипотеза, что когда-то космический ливень жестких электромагнитных волн все-таки проникал сквозь атмосферу (либо атмосфера была потоньше, либо энергия жестких волн была больше), и именно это «вмешательство извне» породило все сказочное многообразие растений и животных. Кстати, гамма-лучи взяли на вооружение селекционеры для получения новых сортов растений. Из облученных семян вырастают мутанты, и ученые отбирают те новые формы, которые обладают нужными свойствами.

Недавно получены данные, которые опровергают сложившееся представление о том, что облучение обязательно повышает частоту мутаций в генетическом аппарате животных. Исследователи из Дальневосточного научного центра АН СССР выяснили, что воздействие гамма-лучей в малых дозах, наоборот, уменьшало в несколько раз число случайных мутаций у горбуши. Они выбрали для экспериментов горбушу именно потому, что у нее случается много спонтанных нарушений генетического аппарата. Напоминает гомеопатию, не правда ли? Там тоже используют микродозы.

Мы познакомились с «этажами» электромагнитных волн, расположенными по частотной шкале выше видимого света. Теперь спустимся вниз. Снова, только в обратном порядке, последовательно проходим гамма-, рентгеновский и ультрафиолетовый «этажи». Оставляем за собой ступеньки видимого «этажа» фиолетовую, синюю, зеленую, желтую, оранжевую, красную и попадаем на инфракрасный «этаж». Свое название этот диапазон получил за соседство с волнами красного света. Длины инфракрасных волн простираются примерно от 7400 ангстрем до одного-двух миллиметров, где уже начинается радиодиапазон.

Инфракрасное излучение невидимо, но тем не менее знакомы мы с ним давно. Оно испускается нагретыми предметами. Издревле человек ощущал его своей кожей греясь у костра.

Пятьдесят процентов излучения Солнца приходится на инфракрасный диапазон. Та часть этого излучения нашего светила, которая перехватывается Землей, застревает в основном в атмосфере. Поэтому исследование звезд, галактик, туманностей и других объектов в инфракрасном диапазоне производится с помощью спутников и межпланетных станций. Хотя первые наблюдения в длинноволновой части инфракрасного диапазона были проведены в начале XIX века английским астрономом У. Гершелем, который исследовал инфракрасное излучение Солнца с помощью призмы и термометра, только к концу 60-х годов XX века сформировался новый раздел астрономии — инфракрасная астрономия.

Приборы, использующие инфракрасный диапазон электромагнитных волн, довольно широко применяются в настоящее время. Уже девять десятилетий применяется инфракрасная спектроскопия для качественного и количественного изучения химического состава вещества.

В годы первой мировой войны начали разрабатываться теплопеленгаторы и другие устройства обнаружения. В 30—40-е годы на основе достижений фотоэлектроники были созданы приборы ночного видения. Инфракрасное невидимое излучение объекта на фотокатоде становилось видимым. Современные системы ночного видения могут вести наблюдение и прицеливание в полной темноте. Как тут не вспомнить о человеке-невидимке Уэллса? В наши дни речь, правда, идет о невидимке в инфракрасном диапазоне. В одном английском журнале рассказывалось, что ведется поиск красителей для пропитки военной формы, которые сделают ее обладателя невидимым в инфракрасных лучах, поскольку ее отражательные свойства будут такими же, как и у окружающей растительности.

По инфракрасному излучению деталей различных устройств (например, двигателей или электронной аппаратуры) можно обнаружить места даже мизерных местных перегревов (до 0,01oС). При помощи инфракрасной фотографии удается прочитать надписи и обнаружить отпечатки пальцев, которые не видны глазом, а также выявить картины, скрытые под слоем краски.

В военном деле инфракрасная техника применяется широко. Теплопеленгаторы определяют направления на корабли, самолеты, танки и другие цели, представляющие собой нагретые тела. Они могут обнаруживать объекты и по отрицательному тепловому контрасту, например ледяные айсберги на фоне океана. Некоторые виды ракет, в частности противовоздушная американская «Стингер», снабжены инфракрасными головками самонаведения. Для обнаружения подводных лодок используется тепловой контраст кильватерного следа. Инфракрасные приемники, размещенные на спутниках, применяются для контроля за ядерными взрывами, для обнаружения запусков баллистических ракет и космических аппаратов.

Освоение космоса открыло новые области применения инфракрасной техники. К ним можно отнести прогнозирование погоды на Земле, связь в космосе, поиск жизни на других планетах, обследование ресурсов Земли, обнаружение лесных пожаров, ориентацию космических аппаратов, слежение за ракетами и спутниками…

Широкое поле деятельности для тепловизоров (так иногда называют приборы, преобразующие инфракрасное излучение нагретых тел в видимое) предоставляет медицинская диагностика. С помощью этих приборов можно получить «тепловой портрет» пациента.