Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени

В 1902 году Оливер Хевисайд и А. Э. Кеннелли отметили, что в опытах Герца электрические волны отражались от цинковых зеркал, так что в небе может существовать нечто подобное гигантскому рефлектору. В 1925 году английский физик Эдуард Эпплтон с помощью новых передатчиков «Би-би-си» направил в небо несколько сигналов, чтобы посмотреть, когда и в каком виде они вернутся. Скорость распространения электрических волн (триста тысяч километров в секунду) подсказала ученому, что «рефлектор», чем бы он ни был, находится на высоте 96,5 километра. Позже американцы Грегори Брейт и Мерле Туве вычислили, что определенные частоты отражаются на еще большей высоте. Они повторяли эти опыты по всему миру и пришли к заключению, что отражение определенных частот зависит от времени суток, времени года и географического положения.

Кроме металлических рефлекторов, которые использовал Герц, мог существовать только один «рефлектор» радио-волн — ионизированные атомы, лишившиеся одного или нескольких электронов. Такие атомы приобретали положительный заряд и отражали электронные сигналы. Это теоретическое обоснование было подтверждено в 1910 году французским исследователем Теодором Вульфом. Взобравшись на Эйфелеву башню, на высоту триста метров, он продемонстрировал, что ионизация на вершине башни выше, чем на земле. В 1911–1912 годах австрийский физик Виктор Гесс сделал следующий шаг — он совершил несколько подъемов на аэростате до высоты 4900 метров и обнаружил, что чем выше он поднимался, тем выше была ионизация воздуха. Еще через год третий отчаянный исследователь поднялся на высоту 8500 метров. Ионизация на этой высоте оказалась в двенадцать раз выше, чем на уровне моря. Складывалось ощущение, будто ионизация представляет собой излучение, проникающее с неба. Это излучение назвали лучами Гесса.

Тем временем, Эпплтон отмечал, что иногда передаваемый сигнал как будто затухает. Это случалось, как правило, ночью и в периоды, когда на Солнце появлялись пятна. Было очевидно, что солнечное излучение выбивает электроны из атомов газа верхних слоев атмосферы и таким образом ионизирует их. А поскольку наиболее часто потери радиосигнала приходились на пики одиннадцатилетнего цикла солнечной активности, логично было предположить, что когда Солнце активно, оно бомбардирует Землю повышенными дозами излучения, что и вызывает нарушение радиопередачи.

Эта теория имела один необъяснимый изъян. Гесс и другие воздухоплаватели установили, что в высоких слоях атмосферы уровень ионизации постоянен днем и ночью. Таким образом, помимо Солнца, существовал другой источник постоянного ионизирующего излучения. В 1933 году инженер компании «Эй-ти энд ти» Карл Янский, который искал причину нарушений радиопередачи на новейших комфортабельных океанских лайнерах ^{237  —  8 , 15}, обнаружил, что на определенных частотах постоянные помехи дает какое-то излучение, исходящее от всего Млечного Пути. Четыре года спустя никому неизвестный радиомеханик Грот Ребер из Иллинойса смастерил у себя во дворе антенну из мелкоячеистой сетки и с ее помощью сделал первую радиокарту неба. Выяснилось, что излучение шло из всей Вселенной. Так родилась радиоастрономия, а «лучи Гесса» стали «космическими лучами».

С одиннадцатилетним солнечным циклом была связана еще одна интересная особенность. В полном соответствии с ним, циклически изменялась погода. В начале 1930-х годов молодой американец Джон Мокли, преподаватель физики из колледжа Урсинус, решил проанализировать эту закономерность с экспериментальными данными в руках. Еще будучи студентом Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, Мокли каждое лето на каникулах работал в метеослужбе Национального бюро стандартов. Там он узнал, что несмотря на более чем столетнюю историю сбора данных прогнозов погоды в США, их никто никогда не анализировал. По мысли Мокли, эти цифры могли дать основу для долгосрочных погодных моделей, которые, возможно, помогли бы в предсказании засух, затяжных дождей или других разрушительных для экономики погодных феноменов.

На обработку такого массива данных ушло бы колоссальное количество времени, если бы не нашелся более быстрый способ для таких громоздких вычислений. В 1934 году Мокли приехал в Чикаго в Институт Бартольда, директор которого дружил с его отцом. Там он наблюдал работу физиков, занятых исследованием космического излучения. Для регистрации частиц физики использовали вакуумные трубки, которые очень быстро реагировали на поступающий сигнал и регистрировали до ста тысяч частиц в секунду. Этот метод, понял Мокли, можно приспособить для вычислений в прогнозировании погоды. Однако разразившаяся Вторая мировая война переключила его внимание на темы, весьма далекие от погоды.