На службе у войны: негласный союз астрофизики и армии - Тайсон Нил Деграсс

Защита от баллистических ракет – важная задача. Для ее решения необходимо разработать технологии регистрации и отслеживания тактических и стратегических баллистических ракет от момента их запуска до перехвата. <…> Эффективное отслеживание холодных и тусклых целей в ИК-спектральном диапазоне требует умения отличать ИК-характеристику цели от фона, на котором цель наблюдается. Проблема заключается в том, что фон может маскировать или имитировать цель. Поэтому ключевой технической задачей является измерение и моделирование всего возможного спектра фонов, в частности фонов высокой сложности, и проектирование на основе этого систем ИК-сенсоров, максимизирующих возможность идентификации цели.

Эта проблема не ограничивается инфракрасным диапазоном. Любое измерение, каким бы способом оно ни выполнялось, всегда связано с риском спутать полезный сигнал с фоновым шумом. Мы все знаем, что такое шум в буквальном смысле этого слова. В тихом помещении вы можете обращаться к любимому нежным шепотом, и каждое слово будет понятно, в то время как на шумной вечеринке в переполненной комнате вам придется почти кричать, чтобы вас услышали и поняли, – ваше высказывание было зарегистрировано. В понятие «шум» входит любой нежелательный сигнал, который искажает измерение полезной информации.

Когда исследования инфракрасных лучей только начинались, большинство ученых полагало, что тепловое излучение и видимый свет представляют собой независимые физические сущности. Однако в 1835 году Андре-Мари Ампер опубликовал заметку, в которой предлагал считать и то и другое результатом «вибраций». Первые ИК-детекторы представляли собой усовершенствованные версии термометра, приспособленные для непритязательных демонстраций, таких как измерение тепловой характеристики коровы, находящейся на расстоянии в четверть мили от измерителя. Но летом 1878 года, когда само слово «инфракрасный» еще не было придумано и открывший инфракрасное излучение Уильям Гершель пользовался термином «тепловые лучи», безымянный комментатор журнала Scientific American описал дерзкое предложение Томаса Альвы Эдисона произвести обзор неба в поисках невидимых источников тепла. Для того чтобы выполнить такой обзор, изобретенный Эдисоном теплочувствительный астрономический прибор тазиметр предполагалось установить на большом телескопе и исследовать с его помощью «части неба, представляющиеся пустыми»:

Доселе наука не дала нам никакого намека на возможность исследовать огромные и таинственные внешние области пространства, в которых не только никогда не регистрировалось видимое световое излучение, но ничто не указывает на саму возможность такой регистрации когда-либо в будущем, даже с наиболее дальнозоркими и чувствительными оптическими приспособлениями. Но теперь появилась надежда расширить наше положительное знание на области пространства столь отдаленные, что даже свет иссякает и теряется прежде, чем преодолеет эти громадные расстояния. <…> И если в какой-либо точке этого пустого пространства тазиметр отмечает возрастание температуры и делает это неизменно, законным выводом будет, что наш инструмент находится в области действия небесного тела, либо несветящегося, либо столь удаленного, что оно оказывается вне зоны видимости нашего телескопа. <…> Возможно также, что таким способом мы обогатимся знанием об огромном множестве более близких к нам тел – погасших солнц или слабо отражающих планет, – неизвестных ныне, ибо они не испускают света[308].

Перенесемся теперь обратно в США времен холодной войны. Повсюду установлены баллистические ракеты. Уже выполнены широкоохватные фотографические обозрения неба, но в инфракрасных волнах еще ничего не сделано. И в 1963 году ВВС создает в своих исследовательских лабораториях отделение физики инфракрасных лучей: начинаются работы по программе «Инфракрасный фон неба».

Не все исследователи обращались за финансированием непосредственно к ВВС. Например, в 1965 году два предприимчивых астрофизика из Калтеха приступили к обозрению неба в инфракрасных лучах на длине волны 2,2 миллионных доли метра – на астрофизическом языке это 2,2 микрона, а один микрон – это одна двадцатая часть толщины человеческого волоса. В этой спектральной полосе атмосфера Земли на 80 % прозрачна. Кое-какое оставшееся с войны оборудование, наземный телескоп – самодельный пятифутовый рефлектор и деньги NASA позволили исследователям составить каталог 5600 ярчайших объектов Северного полушария неба: многие из них никогда не наблюдались в оптический телескоп, многие оказались поразительно огромными и далекими. В 1969 году эта работа была опубликована NASA под названием «Двухмикронный обзор неба».

Следующее крупное инфракрасное обозрение, «Инфракрасный обзор неба AFCRL»[309], действительно было санкционировано ВВС. Выполненное в конце 1960-х – начале 1970-х, оно было истинным примером сотрудничества военных и астрофизиков. Руководила работой Кембриджская научно-исследовательская лаборатория ВВС на базе ВВС Хэнском в штате Массачусетс, а частично спонсировало ее Агентство по перспективным исследовательским проектам. На сей раз телескоп был построен компанией Hughes Aircraft. Обозрение выполнялось с ракет, построенных и запущенных ракетным испытательным полигоном Уайт-Сэндс Морского артиллерийского управления США. Небо наблюдалось в трех спектральных полосах, на более длинных волнах, чем в предыдущих обозрениях, – четыре, одиннадцать и двадцать микрон. В результате был составлен каталог 3200 объектов в области, покрывающей почти 90 % всего неба. Здесь проявилось одно из многочисленных преимуществ орбитального телескопа: он способен наблюдать все небо, как Северное, так и Южное полушария. Достойной упоминания особенностью как этого, так и предыдущего обозрения стало то, что опубликованные отчеты не были засекречены и все ученые, независимо от предмета своих исследований, имели доступ к полученным данным. То же можно было сказать и об исчерпывающе полном исследовании, опубликованном в 2003 году: новом «Двухмикронном обозрении всего неба» (2MASS), покрывшем 99,998 % неба и содержащем ИК-яркость и координаты 471 миллиона объектов[310].

Стефан Прайс, соавтор «Инфракрасного обзора неба AFCRL», пишет, что на протяжении большей части своей полувековой карьеры в области инфракрасной астрономии он пользовался поддержкой ВВС, главным образом через AFCRL – и был этому рад, не только потому, что мог работать «на переднем крае научных исследований, что приносило ему большое личное удовлетворение», но и потому, что находил «связанные с его работами практические задачи космической разведки, стоящие перед ВВС, интересными и творческими». Написанная им подробная история тесного послевоенного партнерства между астрофизиками и военными пестрит упоминаниями корпораций, университетов, отраслей Министерства обороны, выдающихся исследователей, значительных открытий и сложных хитросплетений военных нужд и астрофизических поисков. Прайс также с дотошностью летописца вспоминает постоянные бюрократические перетасовывания и переименования оборонных научно-исследовательских структур, а также роль, которую сыграла «поправка Мэнсфилда»[311] в принятии Закона FY1970 о санкционировании военных поставок (Military Procurement Authorization Act), в соответствии с которым Министерство обороны не имело права использовать свои фонды «для финансирования каких-либо научно-исследовательских проектов или исследований, за исключением случаев, когда таковой проект или исследование имеет прямую и очевидную связь с конкретной военной функцией». Принятая в конце 1969 года во время Вьетнамской войны «в контексте глубокого общественного разочарования в деятельности как ученых, так и вооруженных сил того времени», эта поправка, целью которой было ужесточение контроля оборонных расходов, быстро привела к сокращению персонала и реорганизации зон ответственности. Зато новый «Закон об ассигнованиях»