Джеймс Ван Аллен: человек, нашедший невидимую броню Земли

В начале 1958 года счетчик Гейгера на борту первого американского спутника начал замолкать на большой высоте. Очевидным выводом была поломка прибора, именно так и доложили инженеры. Но физик, создавший его, был не согласен. «Они сказали нам, что прибор сломался, — вспоминал он. — Мы знали лучше и поняли, что столкнулись с совершенно новым явлением в космосе». Счетчик не умер. Он захлебывался.

Маунт-Плезант

Джеймс Альфред Ван Аллен (James Alfred Van Allen) родился 7 сентября 1914 года на ферме недалеко от Маунт-Плезанта, штат Айова — происхождение, которое он никогда не скрывал и за которое никогда не извинялся. В 1935 году он получил степень бакалавра в Уэслианском колледже Айовы, затем степень магистра в 1936 году и докторскую степень по ядерной физике в Университете Айовы в 1939 году. В его биографии не было ничего, что предвещало бы, что он назовет своим именем постоянную характеристику планеты.

Война, проведенная за созданием надежной техники

С 1940 года он работал над радиовзрывателем — устройством, позволяющим зенитному снаряду обнаруживать цель и детонировать рядом с ней, а не при контакте, — под эгидой Национального комитета оборонных исследований. В 1942 году он перешел в Лабораторию прикладной физики при Университете Джонса Хопкинса, где перед ним стояла жестокая практическая задача: вакуумные лампы разбивались при выстреле из орудийного ствола, и кому-то нужно было сделать электронику способной пережить ускорение морского снаряда.

Затем, с 1942 по 1946 год, он служил лейтенантом ВМС США, получив четыре боевые звезды с Тихоокеанским флотом. Стоит отметить, чему именно научило его это десятилетие. Ван Аллен провел свои профессиональные годы становления, учась создавать точные приборы, которые продолжали бы работать в экстремальных условиях, и интерпретировать их показания. Именно этот набор навыков вскоре потребовался космической физике, и почти никто другой им не обладал.

Воздушные шары, ракеты и «Рокун»

С 1946 года он руководил исследованиями больших высот в Лаборатории прикладной физики, организуя эксперименты на борту трофейных немецких ракет ФАУ-2 (V-2) и помогая разрабатывать исследовательскую ракету Aerobee. Ракеты были редкими и дорогими, поэтому он изобрел более дешевый путь вверх: «Рокун» (Rockoon) — небольшую ракету, которую поднимали на воздушном шаре и запускали с большой высоты, минуя самую плотную часть атмосферы и большую часть расходов на топливо. Это было характерное решение — неброское, изобретательное и продиктованное тем фактом, что данные были ему нужнее, чем оборудование.

В 1951 году он перешел на физический факультет Университета Айовы, где оставался до выхода на пенсию в 1985 году. Он создал одну из ведущих в мире групп космической физики в штате, больше известном своей кукурузой.

Эксплорер-1

Международный геофизический год 1957–1958 гг. ознаменовал начало космической эры, и детектор излучения Ван Аллена полетел на борту «Эксплорера-1», первого американского спутника, а затем на «Эксплорере-3». Данные не имели смысла. На малой высоте счетчик вел себя нормально, а на большой не показывал ничего — не слабый сигнал, а ноль.

Проницательность Ван Аллена заключалась в правильном прочтении тишины. Прибор, не передающий ничего, может быть сломан, а может быть перегружен: насыщен радиацией больше, чем был рассчитан, и поэтому безмолвен. Он пришел к последнему выводу и тем самым идентифицировал два обширных пояса заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли и опоясывающих планету — структуры, которые сразу же получили его имя.

Он назвал это «первым научным открытием космической эры», и это описание верно. Человечество поместило объект над атмосферой и сразу же узнало о Земле то, что не мог выявить ни один наземный прибор. Это также основало дисциплину: физика магнитосферы не существовала как значимая область до «Эксплорера-1» и с тех пор стала важной отраслью науки. Журнал Time назвал его человеком года в 1960 году, что является необычной честью для профессора со счетчиком Гейгера.

К планетам

Пояса были началом, а не вершиной. Ван Аллен продолжал работать в качестве главного исследователя в двадцати четырех космических миссиях, и его приборы дали первые прямые измерения магнитосфер Юпитера и Сатурна. Он также разработал по-настоящему элегантную технику: анализ сигнатур поглощения заряженных частиц для обнаружения колец и спутников, которые еще не были замечены, — выводя наличие твердых тел из теней, которые они отбрасывали в радиационной среде планеты.

Диссидент

В последние десятилетия он был одним из самых известных критиков пилотируемых космических полетов, последовательно утверждая, что робототехнические миссии приносят гораздо больше науки на каждый доллар. В 2004 году он выразился с характерной прямотой: «Единственный оставшийся мотив для продолжения пилотируемых космических полетов — это идеология приключений». Исходя от человека, который сделал первое открытие космической эры, это было неудобно для НАСА и невозможно проигнорировать.

Несмотря на это, признание росло: избрание в Национальную академию наук в 1959 году, пост президента Американского геофизического союза с 1982 по 1984 год, Национальная научная медаль в 1987 году, премия Крафорда в 1989 году и премия Ванневара Буша в 1991 году. Он скончался 9 августа 2006 года от сердечной недостаточности в возрасте 91 года.

Почему Джеймса называют гением

Определенным качеством, проявленным в 1958 году, был не расчет, а интерпретационная смелость — готовность довериться физическому аргументу вопреки очевидному институциональному объяснению. Все видели, что счетчик замолчал. По умолчанию предполагался отказ оборудования, и это было прочтение, не несущее профессиональных рисков. Ван Аллен вместо этого рассуждал о том, что будет делать насыщенный детектор, пришел к выводу, что тишина сама по себе является сигналом, и заявил о крупном открытии на основе данных, которые выглядели как неисправность. Это редкая форма научного интеллекта: знать свой прибор настолько интимно, что можно отличить сломанный от ошеломленного.

Это было заслуженным, а не врожденным. Работа над радиовзрывателем, а также программы ФАУ-2 и «Рокун» означали, что он потратил двадцать лет, создавая детекторы и изучая их способы отказа. Озарение стало наградой за очень немодный тип экспертизы.

Случай со счетчиком стоит упомянуть отдельно. Ван Аллен не был теоретиком; он не предложил глубокой теоретической базы, и физика захваченных частиц была в значительной степени разработана другими. Открытие также зависело от того, чтобы оказаться в нужном месте — в 1958 году американская спутниковая аппаратура была крайне узким клубом, и любой, кто запустил счетчик излучения, рано или поздно нашел бы эти пояса. Его заслуга — в дизайне эксперимента, приборе, правильном прочтении неоднозначных данных и последующих пяти десятилетиях первоклассной работы по Юпитеру и Сатурну, которую никто не списывает на удачу.

Наследие

Пояса носят его имя, что является самым редким видом памятника: постоянная характеристика Земли, названная в честь фермерского парня из Айовы, который ее заметил. Он дал планетологии ее основополагающий результат, а затем потратил пятьдесят лет, тихо доказывая, что смысл полетов в космос заключался в том, чтобы что-то узнать. Пояса остаются практическим ограничением для каждого спутника и каждого пилотируемого полета, покидающего низкую орбиту — частица планеты, о которой никто не знал, пока прибор не замолчал, а один человек отказался верить, что он сломан.