Дэвид Джоунс - Изобретения Дедала

• Название: Изобретения Дедала
• Автор: Дэвид Джоунс
• Издательство: Мир
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1985

Научно-популярная книга английского популяризатора науки и техники, выступавшего в течение многих лет на страницах журнала New Scientist под псевдонимом «Дедал». В живой и увлекательной форме автор рассказывает о смелых, поражающих воображение «идеях» современного Дедала – от твердой «газировки» и электрического садовника до молекулярного гироскопа и магнитного монополя.

Написанная с большим юмором, красочно иллюстрированная, книга адресована всем интересующимся достижениями науки и техники.

---

В фотохромном стекле происходит классическая фотографическая реакция:

Атом хлора, освобождающийся в фотографической эмульсии, тут же необратимо связывается с желатином, а атом серебра становится центром проявления. В стекле хлор не может отойти далеко от атома серебра, и поэтому реакция обратима. Равновесие реакции зависит от освещенности стекла.

Быстродействие галогеносеребряных стекол для солнцезащитных очков измеряется минутами. При такой скорости реакции изменение окраски фотохромного костюма не поспевало бы за изменениями освещенности, возникающими при движении. Но в более совершенных фотохромных системах — например, в стеклах очков для защиты глаз от вспышки, сопровождающей ядерный взрыв, — продолжительность реакции уменьшается до микросекунд. Системы с подобными свойствами прекрасно подошли бы для фотохромного костюма.

Роль светотени в зрительном восприятии подробно обсуждалась Дж. Беком (Scientific American, Aug. 1975, p. 62); объект, не подчиняющийся обычным законам распределения света и тени, очень трудно, а порой невозможно распознать, как бы пристально мы ни разглядывали его. Глаз не в состоянии определить фактуру поверхности и форму без привычных переходов светотени. Представьте себе теперь комнату, стены, пол и потолок которой оклеены хромными обоями. Каким бы ярким ни было освещение, любой фотохромный объект, помещенный в эту комнату, окажется невидимым, поскольку между ним и фоном не будет контраста. Какой простор для иллюзионистов!

Звездные затмения

Дедал размышляет, какой вклад могла бы внести небогатая Великобритания в развитие космических исследований. За американцами нам, конечно, не угнаться, но с помощью своих европейских соседей мы могли бы разогнать какой-нибудь легкий объект до космической скорости. Солнечные затмения, которые, как известно, происходят, когда Луна закрывает солнечный диск, дают много полезной информации. Поэтому Дедал планирует вывести на орбиту непрозрачный спутник, который будет закрывать звезды и создавать искусственные звездные затмения. Специалисты фирмы КОШМАР конструируют космический зонд, представляющий собой тонкую оболочку из полимерной пленки, которая в космосе под действием небольшого внутреннего давления расправится и превратится в шар диаметром 1 км. Выведенный на околосолнечную орбиту в плоскости Млечного Пути, для земного наблюдателя он будет иметь достаточный угловой размер, чтобы покрывать множество интересных звезд.

Вся прелесть этого проекта состоит в том, что покрытия звезд можно будет наблюдать в недорогие телескопы с не очень высокой разрешающей способностью. Нам не обязательно получать четкое изображение звезды — достаточно принять идущий от нее свет, используя для этого простой фотоумножитель. Поскольку большинство звезд излучают свет равномерно, резкое изменение сигнала от фотоумножителя будет означать, что произошло покрытие звезды зондом. Точное время и степень покрытия дадут более подробную информацию о координатах, размерах и радиальном распределении яркости исследуемой звезды, чем непосредственное наблюдение ее в телескоп. Устанавливая перед фотоумножителем различные фильтры, можно изучать и спектральные характеристики звезд. При диаметре зонда 1 км наблюдатели, находящиеся на Земле на расстоянии более 1 км друг от друга, будут наблюдать покрытие по-разному, так что большое число любителей, вооруженных дешевыми телескопами, быстро соберут огромное количество новой информации.

Вначале Дедал опасался, что придется просить американцев вести слежение за нашим зондом и сообщать нам его местоположение. Но теперь он придумал, как вести прямое визуальное наблюдение за зондом: нужно нанести на шар отражающее покрытие, и тогда отовсюду можно будет увидеть маленькое отражение Солнца точно в центре зонда. Чтобы не спутать зонд со звездами, поверх отражающего покрытия придется нанести слой коричневого лака: это позволит безошибочно отыскать зонд среди звезд, поскольку коричневых звезд не существует.

New Scientist, September 27, 1979

Из записной книжки Дедала

Нас интересуют звезды, видимые в недорогой телескоп как отдельные объекты, т. е. звезды, находящиеся на расстоянии примерно 3–30 тыс. св. лет. (1016–1020 м). Типичная звезда имеет диаметр 109 м, так что угловой размер звезд лежит в пределах 10-7– 10-11 рад. Следует постараться вывести зонд на сильно вытянутую околосолнечную орбиту, чтобы расстояние между зондом и Землей изменялось в пределах 0,1–10 радиусов орбиты Земли (1010–1012 м). Чтобы покрывать интересующие нас звезды, такой зонд должен, следовательно, иметь диаметр около 103 м; тогда его угловой диаметр составит 10-7–10-9 рад. Для разных звезд будут наблюдаться разные затмения: полные или частные.

Как следить за зондом? Вблизи центра алюминированного шара (напоминающего первые пассивные ретрансляторы серии «Эхо») будет наблюдаться небольшое изображение Солнца. Угловой диаметр Солнца для земного наблюдателя равен около 0,01 рад; угловой размер мнимого изображения Солнца на выпуклом зеркале будет меньше в r/2d раз, где r — раднус кривизны зеркала, d — расстояние между зеркалом и Солнцем. При наблюдении с расстояния, равного радиусу земной орбиты, угловой размер мнимого изображения Солнца составит а = 0,01 × r/2d = 0,01 × 103/(2×1011) = 5×1011 рад и будет сопоставим с угловыми размерами покрываемых звезд. Поэтому изображение Солнца удастся отчетливо наблюдать, что обеспечит возможность слежения за зондом, но в то же время оно не будет настолько ярким, чтобы «заглушать» свет исследуемой звезды.

Сбор информации. Направим на исследуемую звезду недорогой телескоп, в фокусе которого помещен фотоумножитель. Нас вполне устроит рефрактор или рефлектор с большой апертурой (создаваемые им аберрации в данном случае нас мало волнуют); вполне подойдет просто зеркало от большого прожектора (в своей знаменитой работе по изучению флуктуации яркости Сириуса Хэнбери-Браун и Твисс использовали именно такие зеркала с фотоумножителями). Не требуется, чтобы оптика давала хорошее изображение звезды и обеспечивала разрешение исследуемой звезды от соседних, непокрываемых, звезд. Соседние звезды создадут только дополнительную фоновую освещенность, увеличив сигнал фотоумножителя. Мы будем просто регистрировать выходной сигнал фотоумножителя и искать характерные провалы, соответствующие покрытию звезды зондом. Кстати, зонд можно несколько усовершенствовать. Если раскрасить зонд черными полосами и заставить его вращаться, то солнечный зайчик на поверхности зонда будет мерцать. Еще лучше приделать к зонду огромные крылья, как у ветряной мельницы. Тогда, во-первых, он захватит гораздо больший участок неба и число наблюдаемых покрытий увеличится, а во-вторых, при соответствующем устройстве лопастей покрытия звезд различного диаметра будут резко отличаться друг от друга. Наши астрономы-любители быстро соберут много новых данных об угловых размерах большого числа звезд.

Кстати говоря, неплохо было бы запустить такой же спутник на околоземную орбиту. Благодаря своему большому диаметру он обеспечит гораздо большее число покрытий, хотя и более кратковременных. Если же вывести его на полярную орбиту (т. е. орбиту, проходящую вдоль небесного меридиана), то он мог бы покрыть все небо.

Огонь, вода и медные трубки

Потери на трение при движении судна по воде возрастают пропорционально кубу скорости, а когда подводная часть судна обрастает ракушками, становятся еще больше. Дедал размышляет над тем, какую экономию принесло бы устранение этого трения. Вначале он намеревался использовать принцип воздушной подушки, изготовив корпус из пористого материала и прокачивая через него воздух. Тонкий слой воздуха будет служить идеальной смазкой для подводной части судна. Но если насосы откажут, вода просочится сквозь поры в трюм и корабль затонет. Затем Дедал вспомнил, как долго капля воды может плясать на раскаленной сковородке, прикоснуться к которой ей мешает паровая подушка. Аналогично раскаленное докрасна судно создавало бы под собой паровую подушку; одновременно была бы решена и проблема обрастания подводной части. Расход мощности при этом был бы незначительным; коэффициент теплопередачи паровой подушки очень низок, паровая подушка служит хорошей теплоизоляцией между корпусом судна и водой. Остается, правда, проблема борьбы с коррозией, и чтобы машинное отделение не было, как всегда, сущим адом, потребуется хорошо теплоизолировать внутренние помещения корабля. Дедал намеревается превратить обычную двухслойную обшивку судна в своего рода плавучий «термос» с электрическим подогревом наружной оболочки. Хотя раскаленный докрасна винт мог бы оказаться необычайно эффективным движителем, из эстетических соображений Дедал предпочел бы установить на своем судне универсальный энергоблок. Он предлагает оснастить судно подводным паровым пульсирующим реактивным двигателем, который представляет собой подогреваемую трубу: спереди в нее попадает забортная вода, а сзади из нее выбрасывается мощная пульсирующая струя пара. По сути, эта конструкция — гигантская копия известной детской игрушки.