ג'יימס ואן אלן: האיש שמצא את השריון הבלתי נראה של כדור הארץ
בתחילת 1958, מונה גייגר שהיה על סיפון הלוויין האמריקאי הראשון הלך והשתתק בגובה רב. המסקנה המתבקשת הייתה שהמכשיר התקלקל, וכך דיווחו המהנדסים. הפיזיקאי שבנה אותו לא הסכים. "הם אמרו לנו שהמכשיר שלנו הפסיק לעבוד", הוא נזכר. "אנחנו ידענו טוב יותר והבנו שנתקלנו בתופעה חדשה לגמרי בחלל". המונה לא היה מת. הוא פשוט טבע בנתונים.
מאונט פלזנט
ג'יימס אלפרד ואן אלן נולד ב-7 בספטמבר 1914 בחווה ליד מאונט פלזנט, איווה – מוצא שמעולם לא הסתיר ומעולם לא התנצל עליו. הוא קיבל תואר ראשון ממכללת איווה ווסליאן ב-1935, ולאחר מכן תואר שני ב-1936 ותואר דוקטור ב-1939 מאוניברסיטת איווה, שם עסק בפיזיקה גרעינית. דבר במסלולו לא רמז על אדם שיסיים את דרכו כמי שמעניק את שמו לתכונה קבועה של כוכב הלכת.
מלחמה שהוקדשה להקשחת מכשירים
החל מ-1940 עבד על מרעום קרבה לרדיו – מכשיר שאפשר לפגז נגד מטוסים לזהות את המטרה שלו ולהתפוצץ בקרבתה במקום במגע – במסגרת הוועדה הלאומית למחקר ביטחוני. ב-1942 עבר למעבדה לפיזיקה יישומית באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, שם התמודד עם בעיה מעשית אכזרית: שפופרות ריק היו מתנפצות בעת הירי מקנה תותח, ומישהו היה צריך לגרום לאלקטרוניקה לשרוד את התאוצה של פגז ימי.
לאחר מכן שירת כסגן בצי ארצות הברית מ-1942 עד 1946, וזכה בארבעה כוכבי קרב עם הצי הפסיפי. כדאי לשים לב למה שהעשור הזה באמת לימד אותו. ואן אלן בילה את שנותיו המקצועיות המעצבות בלמידה כיצד לבנות מכשירים עדינים שימשיכו לפעול בתנאים אלימים, וכיצד לפרש את הנתונים שסיפקו כשהם חזרו. זה בדיוק מערך הכישורים שפיזיקת החלל תדרוש זמן קצר לאחר מכן, וכמעט לאף אחד אחר לא היה אותו.
בלונים, רקטות וה"רוקון"
החל מ-1946 הוא ניהל מחקר בגובה רב במעבדה לפיזיקה יישומית, וארגן ניסויים על גבי רקטות V-2 גרמניות שנלקחו שלל וסייע בפיתוח רקטת המחקר "אירובי" (Aerobee). רקטות היו נדירות ויקרות, ולכן הוא המציא דרך זולה יותר לעלות מעלה: ה"רוקון" (Rockoon), רקטה קטנה שנישאה על ידי בלון ושוגרה מגובה רב, ובכך דילגה על החלק הסמיך ביותר של האטמוספירה ועל החלק הגדול ביותר בהוצאות הדלק. זה היה פתרון אופייני – לא נוצץ, גאוני, ומונע מהעובדה שהוא רצה נתונים יותר מאשר שרצה חומרה.
ב-1951 הצטרף למחלקה לפיזיקה באוניברסיטת איווה, שם נשאר עד פרישתו ב-1985. הוא בנה את אחת מקבוצות פיזיקת החלל המובילות בעולם במדינה המוכרת יותר בזכות התירס שלה.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →אקספלורר 1
השנה הגיאופיזית הבינלאומית של 1957-58 הייתה תחילתו של עידן החלל, וגלאי הקרינה של ואן אלן טס על גבי "אקספלורר 1", הלוויין האמריקאי הראשון, ולאחר מכן על גבי "אקספלורר 3". הנתונים לא נראו הגיוניים. בגובה נמוך המונה פעל כרגיל; גבוה יותר הוא לא דיווח על דבר – לא אות חלש, אלא אפס.
התובנה של ואן אלן הייתה לקרוא את השתיקה נכון. מכשיר שלא מדווח על כלום יכול להיות שבור, או שהוא יכול להיות מוצף: רווי ביותר מדי קרינה ממה שהוא תוכנן למדוד, ולכן הוא נאלם. הוא הגיע למסקנה שמדובר באפשרות השנייה, ובכך זיהה שתי חגורות עצומות של חלקיקים טעונים הלכודים על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ ומקיפים את כוכב הלכת – המבנים שקיבלו מיד את שמו.
הוא כינה זאת "התגלית המדעית הראשונה של עידן החלל", והתיאור הזה נכון. האנושות הציבה אובייקט מעל האטמוספירה ולמדה מיד משהו על כדור הארץ שאף תצפית מהקרקע לא הייתה יכולה לחשוף. זה גם ייסד תחום: פיזיקה מגנטוספרית לא הייתה קיימת באופן משמעותי לפני "אקספלורר 1" והיא מהווה תחום מרכזי מאז. המגזין טיים (Time) הכתיר אותו כאיש השנה ב-1960, כבוד יוצא דופן לפרופסור עם מונה גייגר.
לעבר כוכבי הלכת
החגורות היו ההתחלה ולא השיא. ואן אלן המשיך לשרת כחוקר ראשי בעשרים וארבע משימות חלל, והמכשירים שלו הפיקו את המדידות הישירות הראשונות של המגנטוספרות של צדק ושבתאי. הוא גם חלוץ של טכניקה אלגנטית באמת: קריאת חתימות הספיגה של חלקיקים טעונים כדי לזהות טבעות וירחים שטרם נראו – הסקת נוכחותם של גופים מוצקים מהצללים שהם מטילים בסביבת הקרינה של כוכב הלכת.
המתנגד
הוא היה, בעשורים המאוחרים שלו, אחד המבקרים הבולטים ביותר של טיסות חלל מאוישות, וטען בעקביות שמשימות רובוטיות הניבו הרבה יותר מדע לכל דולר. ב-2004 הוא ניסח זאת בכנות האופיינית לו: "המוטיבציה היחידה שנותרה להמשך טיסות חלל אנושיות היא אידיאולוגיית ההרפתקנות". בהגיעו מהאיש שביצע את התגלית הראשונה של עידן החלל, זה היה מביך עבור נאס"א (NASA) ובלתי אפשרי להתעלמות.
ההכרה הצטברה ללא קשר: בחירה לאקדמיה הלאומית למדעים ב-1959, נשיאות האיגוד הגיאופיזי האמריקאי מ-1982 עד 1984, המדליה הלאומית למדעים ב-1987, פרס קראפורד ב-1989 ופרס ואנוואר בוש ב-1991. הוא מת ב-9 באוגוסט 2006 מאי-ספיקת לב, בגיל תשעים ואחת.
מדוע ג'יימס נחשב לגאון
האיכות הספציפית שהוצגה ב-1958 לא הייתה חישובית אלא תעוזה פרשנית – הנכונות לבטוח בטיעון פיזיקלי על פני הסבר מוסדי מובן מאליו. כולם יכלו לראות שהמונה השתתק. הפרשנות המקובלת הייתה כשל בציוד, וזו הייתה הפרשנות שלא נשאה סיכון מקצועי. ואן אלן במקום זאת הסביר מה יעשה גלאי רווי, הגיע למסקנה שהשתיקה היא עצמה האות, וטען לתגלית גדולה על בסיס נתונים שנראו כמו תקלה. זוהי צורה נדירה של אינטליגנציה מדעית: להכיר את המכשיר שלך כל כך לעומק עד שאתה יכול להבחין בין מכשיר שבור לבין מכשיר מופתע.
זה היה הישג שנרכש ולא מולד. העבודה על מרעומי הקרבה והתוכניות של V-2 ושל ה"רוקון" פירושן שהוא בילה עשרים שנה בבניית גלאים וקריאת מצבי הכשל שלהם. התובנה הייתה התמורה של סוג מומחיות לא אופנתי בעליל.
כדאי לציין את צד הנגד. ואן אלן לא היה תיאורטיקן; הוא לא הציע מסגרת עמוקה, והפיזיקה של חלקיקים כלואים פותחה במידה רבה על ידי אחרים. התגלית גם הייתה תלויה בלהיות במקום הנכון – המכשור הלווייני האמריקאי ב-1958 היה מועדון קטן ביותר, וסביר להניח שמישהו שהטיס מונה קרינה היה מוצא את החגורות במוקדם או במאוחר. מה ששייך לו באמת הוא התכנון הניסויי, המכשיר, הקריאה הנכונה של נתונים דו-משמעיים, ואז חמישה עשורים נוספים של עבודה מהשורה הראשונה בצדק ובשבתאי שאיש לא מייחס למזל.
מורשת
החגורות נושאות את שמו, שהוא סוג האנדרטה הנדיר ביותר: מאפיין קבוע של כדור הארץ על שמו של נער החווה מאיווה שהבחין בו. הוא העניק למדע כוכבי הלכת את התוצאה המכוננת שלו ואז בילה חמישים שנה בטענה שקטה שהמטרה של יציאה לחלל היא ללמוד משהו. החגורות נותרות מגבלה מעשית על כל לוויין וכל משימה מאוישת שעוזבים את המסלול הנמוך – חלק מכוכב הלכת שאף אחד לא ידע על קיומו עד שמכשיר השתתק ואדם אחד סירב להאמין שהוא שבור.