Tam sięgaj, gdzie wzrok nie sięga

Jak w wielu rzeczach wymyślonych przez starożytnych, można się w tym doszukać racjonalnego jądra. Dziś wiemy wprawdzie, że ludzie widzą nie dlatego, że oko wysyła jakieś promienie ("wypływy"), które dosięgałyby przedmiotów, ale dlatego, że to przedmioty wysyłają promieniowanie, które rejestruje siatkówka oka. To przedmioty "sięgają" nas, a nie nasz wzrok je. Ale nietoperz poluje w nocy na ćmę w sposób niemal taki, o jakim myślał Empedokles - wysyła fale ultradźwiękowe (a więc owe nieszczęsne "wypływy"), które odbite od ćmy wracają do niego z informacją, gdzie zdobycz się znajduje i jak się porusza, a także - jaka jest duża.

Radar jest urządzeniem, które pozwala dostrzec to, co niewidoczne gołym okiem, w taki sam sposób, w jaki nietoperz dostrzega ćmę. Antena radaru wysyła wiązkę promieniowania mikrofalowego, która, odbita od obiektu, powraca niosąc informację o odległości, prędkości i rozmiarach np. samolotu. Brzmi to dość technicznie i mało atrakcyjnie. Mimo to wynalezienie radaru i wszystko, co do niego doprowadziło, a także lawina skutków i technologii z radarem związanych, z pewnością nadały kształt naszej cywilizacji. Mówi się, że bomba atomowa pozwoliła zakończyć

II wojnę światową, ale że to radar pozwolił ją wygrać. Bez radaru nie byłoby masowej komunikacji lotniczej i morskiej, a zatem i współczesnej cywilizacji technicznej, stylu życia, poziomu dobrobytu i tempa rozwoju w krajach rozwiniętych, a także obecnej liczby ludności świata.

Radar, czyli Radio Detection And Ranging (po polsku: detekcja oraz wyznaczanie odległości za pomocą sygnałów radiowych), został wynaleziony w czasach II wojny. Cel był oczywisty - wygrać wojnę w powietrzu i na morzu, a przez to całą wojnę. Toczył się dramatyczny wyścig z czasem. Prace w laboratoriach Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych tylko nieznacznie wyprzedzały prace niemieckich fizyków i inżynierów. Japonia pozostawała w tyle. Radary odegrały zasadniczą rolę w bitwach o Anglię czy Midway, pozwalały śledzić U-booty i bronić Londynu przed atakami V-1. Trawestując Winstona Churchilla, można by powiedzieć, że jeszcze nigdy tak wielu nie zawdzięczało tak wiele jednemu wynalazkowi.

Prosta idea, na której opar-te jest działanie radaru, pozwala na szerokie zastosowania pozamilitarne. Radary są używane w cywilnej nawigacji na morzu, w kontroli lotów, obserwacjach meteorologicznych (obserwacje chmur i frontów atmosferycznych), sprawdzaniu prędkości samochodów na drogach, obserwacjach ornitologicznych (nocne wędrówki ptaków) czy pomiarach geodezyjnych. Na pokazywanym w kinach typu IMAX filmie "Wspaniałe pustkowie. Spacer po Księżycu" widzimy astronautów ustawiających na powierzchni Srebrnego Globu specjalne lustro do odbijania sygnałów wysyłanych z Ziemi. W ten sposób można było wyznaczyć odległość do naszego naturalnego satelity z dokładnością do kilku centymetrów. Przy pomocy tej samej metody wyznaczono odległości do wielu innych ciał w Układzie Słonecznym, zbadano powierzchnię Wenus, zasłoniętą stale przed naszym wzrokiem grubą warstwą chmur, wykryto warstwy lodu pod powierzchnią marsjańskiego gruntu.

Dla astronomii jednak rewolucyjne znaczenie miał nie tyle sam radar, co techniki i technologie związane z generowaniem i rejestracją promieniowania radiowego. Powstał nowy dział astronomii - radioastronomia, któremu zawdzięczamy odkrycie najodleglejszych galaktyk i kwazarów, gwiazd neutronowych, dysków materii wirującej wokół czarnych dziur, a także mikrofalowego promieniowania tła - swoistego "echa stworzenia świata" - najsilniejszego dowodu na to, że Wszechświat powstał w wyniku Wielkiego Wybuchu około 14 miliardów lat temu.

Prace nad radarem doprowadziły do zbudowania maserów - mikrofalowych odpowiedników laserów. Kuchenka mikrofalowa została wynaleziona dzięki temu, że jeden z badaczy podczas prób przeszedł przez wiązkę fal radarowych, a batonik w jego kieszeni uległ stopieniu. Kineskopowe monitory komputerów są wnukami lamp oscyloskopowych, używanych do wizualizacji danych radarowych. Nawet tranzystor został wynaleziony przypadkiem, w laboratoriach firmy Bell, w trakcie prac związanych z odbiornikami radiowymi dla radarów.

Jeśli przez radar będziemy rozumieli każde urządzenie wysyłające sygnał jakiegoś rodzaju i analizujące powracający do niego sygnał odbity (na podobieństwo metody polowania stosowanej przez nietoperza), to dziś mamy do czynienia z powszechnym zastosowaniem różnych odmian radarów. Kierowcy są przyłapywani na autostradzie na przekroczeniu dozwolonej prędkości przy pomocy radaru wysyłającego i odbierającego wiązkę promieni podczerwonych. Powstały radary pasywne, jedynie odbierające sygnały nadawane przez przelatujące samoloty i na tej podstawie dokonujące ich identyfikacji.

W lidarach zamiast mikrofal używane jest światło widzialne (nazwa powstała podobnie jak dla radaru, ale zamiast słowa Radio wstawiamy Light - światło). Lidary służą do badania przezroczystości powietrza, jego ruchów na dużych odległościach, zanieczyszczeń atmosfery, wykrywania obszarów o odmiennej temperaturze. Sonar pozwala zbadać dno morza czy jeziora, wykrywać w wodzie poszukiwane obiekty, na przykład łodzie podwodne albo ławice ryb. Nawet na Bełdanach widziałem zamożnych wędkarzy, używających pontonów wyposażonych w sonary. Zwykłe badanie USG pozwala przy pomocy sondy wysyłającej i odbierającej odbitą falę ultradźwiękową zbadać nienarodzone dziecko, komorę serca czy łokieć tenisisty. Impuls ultradźwiękowy odbijany od komórek płynącej krwi pozwala zmierzyć szybkość i objętość przepływów w naczyniach krwionośnych.

To wszystko są dobroczynne zastosowania radaru i metody radarowej. Ale w naszym "łez padole" radar wciąż ma szerokie zastosowania militarne. Satelity śledzą przy użyciu radarów zmarszczki na powierzchni oceanów, które mogłyby świadczyć o ruchu łodzi podwodnych rywala. Pierwsza fala ataku agresora jest zawsze skierowana na urządzenia radarowe ofiary. Już w latach II wojny światowej równolegle do prac nad radarami trwały prace nad zakłócaniem ich działania. W owych czasach środki były prymitywne - samoloty rozrzucały paski folii aluminiowej, która, odbijając sygnały radarowe, miała zmylić wroga. Dziś atomowe łodzie podwodne pokrywane są gumą, pochłaniającą sygnał sonaru. Samoloty typu "stealth" (potajemne, skryte) mają kosmiczne, mało aerodynamiczne kształty, pozwalające odbijać wiązkę radarową tak, by nie powracała do nadawcy. Do tego materiały, z których są wykonane, i farby, którymi są pomalowane, pochłaniają sygnał. Dzięki temu na ekranie radaru duży samolot bojowy jest mniejszy od bociana. Taka dyskrecja kosztuje. Metka na ogonie amerykańskiego bombowca B-2 nosi cenę przekraczającą dwa miliardy dolarów.

***

Książka Roberta Buderi to ekscytująca, bardzo obszerna historia tego wynalazku. Autor spędził kilka lat prowadząc badania, odwiedzając miejsca i rozmawiając z ludźmi związanymi z pracami nad radarem. Powstał w ten sposób "technologiczny thriller", który można by porównać do takich wcześniejszych, znakomitych książek z pogranicza nauki, techniki i historii, jak "Stalin i bomba" Davida Hallowaya (Prószyński i S-ka 1996) czy "Jak powstała bomba atomowa" Richarda Rhodesa (Prószyński i S-ka 2000). Szkoda tylko, że współczesne i pokojowe zastosowania technik radarowych są tu potraktowane nieco po macoszemu. Większą część poświęcono II wojnie światowej i zimnej wojnie. Ale pewnie nie dało się inaczej - tom liczy i tak przeszło 500 stron, a indeks przeszło 1200 pozycji.

Nie powinno to nikogo odstraszać. Książkę świetnie się czyta, może dlatego, że wypełniona jest mnóstwem pouczających anegdot. Na przykład o Oppenheimerze, który kierując projektem Manhattan, żegnał uczonych odwiedzających go w Los Alamos, w Nowym Meksyku, wręczając im przed podróżą powrotną butelkę whisky. Jak wyjaśnił, kiedyś wręczał im na drogę książkę. Przestał, gdy Paul Dirac (Nobel z fizyki w 1933 r.) uprzejmie odmówił przyjęcia prezentu, stwierdzając: "Nie czytam książek - przeszkadzają w myśleniu".

Robert Buderi, "Radar. Wynalazek, który zmienił świat", przeł. Piotr Amsterdamski, Warszawa 2006, Wydawnictwo Prószyński i S-ka.