В новом выпуске программы StarTalk знаменитый астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс обсуждают физику и историю одного из самых обыденных, но в то же время загадочных этапов авиапутешествий — рентгеновского сканирования багажа. Как выяснилось, технология, обеспечивающая безопасность миллионов пассажиров, берет свое начало не в криминалистике, а в глубоком космосе и изучении черных дыр.
✈️ От угонов самолетов до космических технологий 0:00
История массового внедрения рентгеновских сканеров в аэропортах началась вовсе не из-за заботы о комфорте, а как ответ на серьезный кризис безопасности. Тайсон вспоминает, что в 1960-х годах мир захлестнула волна угонов самолетов . В США многие из них были связаны с попытками улететь на Кубу, так как прямые дипломатические отношения с этой страной были разорваны, и легальных рейсов не существовало .
Конгресс США поставил задачу: найти способ досматривать багаж, не вскрывая каждый чемодан вручную. Проблема заключалась в том, что существовавшие на тот момент медицинские рентгеновские аппараты были огромными и неповоротливыми . Решение пришло из неожиданной области — астрофизики.
Ключевые факты об истоках технологии:
- В начале 1970-х годов астрофизики уже работали над миниатюризацией рентгеновских детекторов для их установки на спутники .
- Целью этих приборов было изучение черных дыр, материя вокруг которых излучает рентгеновские лучи перед тем, как окончательно исчезнуть за горизонтом событий .
- Компания American Science and Engineering, базировавшаяся в Кембридже (штат Массачусетс), первой разработала компактные детекторы для космоса .
- Правительство США обратилось к этой компании с просьбой адаптировать космические технологии для нужд безопасности аэропортов .
🏆 Нобелевский лауреат и ирония службы безопасности 3:00
Одним из лидеров группы, создавшей эти технологии, был Риккардо Джаккони, профессор Гарвардской обсерватории и Смитсоновского центра астрофизики . Тайсон, работавший в его группе в студенческие годы, отмечает, что Джаккони позже получил Нобелевскую премию по физике за открытие «нового окна» во Вселенную — рентгеновской астрономии .
Тайсон рассказывает ироничную историю о том, как Джаккони, будучи приглашенным в Белый дом при президенте Джордже Буше-младшем для получения Президентской медали свободы (уже имея Нобелевскую премию), проходил через сканер .
«Я заметил, что служба безопасности Белого дома использовала сканер компании American Science and Engineering. Это была компания самого Джаккони, — вспоминает Тайсон. — Человек, создавший эту технологию, проходил проверку через собственное изобретение» . Чак Найс в шутку добавил, что создатель прибора — самый опасный человек для охраны, так как он точно знает все «лазейки» и способы обхода системы .
По мнению Тайсона, эта связь между наукой и безопасностью глубже, чем кажется. Он подробно описывает этот феномен в своей книге «Accessory to War», утверждая, что между астрофизикой и военными (или структурами безопасности) существует давний, хотя и не всегда афишируемый альянс .
🔦 Физика «прозрачности» и тайна костей 6:00
Многие воспринимают рентгеновские лучи как некую магическую силу, проходящую сквозь предметы, но Тайсон объясняет, что это просто форма света с высокой энергией . Он проводит аналогию с обычным стеклом: оно прозрачно для видимого света, но, что удивительно, часто блокирует рентгеновские лучи и другие виды высокоэнергетического излучения .
Принципы взаимодействия разных волн с материей:
- Проницаемость: Стены домов непрозрачны для наших глаз, но прозрачны для микроволн, на которых работают мобильные телефоны .
- Эффект теней: Рентгеновский снимок — это не фотография костей, а регистрация их тени .
- Поглощение: Мягкие ткани тела пропускают рентгеновские лучи, тогда как плотные кости их поглощают. Снимок фиксирует отсутствие фотонов там, где находилась кость .
Тайсон сравнивает это с созданием театра теней на стене с помощью рук: мы видим не саму руку, а отсутствие солнечного света в конкретной области . Первооткрыватель рентгеновских лучей Вильгельм Рентген, когда впервые сделал снимок руки своей жены, увидел не только кости, но и обручальное кольцо, которое поглотило еще больше лучей и выглядело на снимке абсолютно черным .
🔴 Зачем TSA раскрашивает ваши чемоданы 9:34
Рентгеновские лучи отлично помогают находить металлическое оружие, но они бессильны перед материалами, которые для них «прозрачны», например, перед пластиковыми пистолетами, напечатанными на 3D-принтерах . Чтобы решить эту проблему, современные сканеры используют несколько хитростей.
Технология обнаружения опасных предметов включает:
- Вариация частот: Сканирование на разных частотах позволяет увидеть, как меняется поглощение лучей предметом, что помогает идентифицировать материал .
- Ложные цвета (False color): Это ключевой инструмент операторов TSA. Человеческий глаз гораздо лучше различает цвета, чем тончайшие оттенки серого .
- Маркировка плотности: Программное обеспечение присваивает определенные цвета краям объектов в зависимости от уровня поглощения лучей. Например, плотные металлические предметы могут окрашиваться в синий, а органические материалы — в оранжевый или красный .
Завершая разговор, Тайсон напоминает, что защитные шторки на входе и выходе из рентгеновского аппарата в аэропорту содержат тяжелые металлы (свинец), чтобы предотвратить утечку радиации . Он призывает зрителей при следующем прохождении досмотра вспомнить об астрофизиках, чье любопытство к устройству Вселенной в итоге сделало наши путешествия безопаснее .
