Как выглядит электромагнитное излучение: от радио до гамма-лучей

Давайте попробуем представить, что обидного ограничения, наложенного на человеческое зрение природой, нет: как тогда выглядел бы мир вокруг нас?

Начнём с самых безобидных для организма радиоволн. Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны, поэтому чем длиннее волна, тем ниже её энергия. Самые длинные, многокилометровые волны обладают очень маленькой энергией, поэтому для живых клеток они совершенно безвредны. Сигналы в радиодиапазоне принимают радиоприёмники и телевизоры; если бы мы видели их так же, как видим свет, самые сильные источники радиоизлучения наверняка казались бы нам нестерпимо яркими, как Солнце: нельзя было бы без слёз взглянуть, например, на Останкинскую башню, ровный свет давали бы антенны бытовой электроники.

Антенна сотового телефона тоже светилась бы, но уже по-другому: обмен данными по сотовым сетям и передача пакетов информации идёт на частотах, соответствующих микроволновому излучению. Будь мы способны его видеть, нам не пришлось бы вешать на двери кафе знак «У нас есть Wi-Fi»: хорошую сеть было бы видно издалека, как и зону покрытия сети мобильных операторов: разница между территорией, где вы — абонент, и местами, где связи нет, была бы так же очевидна, как разница между тёмной и светлой комнатами.

Обладающий радиозрением человек смотрел бы на небо и видел бы не только свет звёзд, но и длинноволновое излучение, источников которого в космосе масса: это и квазары, и нейтронные звёзды, и облака водорода, электроны в атомах которого, возбуждаясь и возвращаясь в невозбуждённое состояние, испускают дециметровые радиоволны. правда, атмосфера пропускает не все радиоволны, а только длинные (от 3 мм до 30 м) и часть микроволнового спектра.

Как выглядело бы небо для существа, которое видит радиоволны, показали в 2016 году астрофизики из Международного центра радиоастрономических исследований (International Centre for Radio Astronomy Research / ICRAR) при помощи австралийского телескопа Murchison Widefield Array (MWA):

Сдвигаемся дальше, в оптический диапазон, и берёмся за инфракрасное излучение. Тут всё просто: инфракрасное излучение — это тепло, увидеть его можно с помощью тепловизора. Вот так, например, выглядит на ИК-съёмке Парад Победы на Красной площади:

По ту сторону видимой части спектра нас ждут уже более экзотические вещи. Сначала ультрафиолет, главный источник которого для нас — Солнце. К счастью, от самой жёсткой (коротковолновой) его части нас защищает озоновый слой, но и той небольшой доли ультрафиолета, которая проходит сквозь стратосферу, достаточно, чтобы сделать долгое пребывание на солнце вредным.

Если бы мы видели в ультрафиолете, все вокруг были бы покрыты веснушками (кроме маленьких детей, кожа которых ещё не успела покрыться участками, насыщенными пигментом). Кроме того, мир стал бы намного ярче: невзрачные птицы, цветы и некоторые грибы заиграли бы новыми красками.

Двигаясь в сторону коротковолнового излучения, мы проникаем в опасные области. Способность регистрировать рентгеновское излучение глазами помогла бы людям, работающим с опасными материалами, а вот цвет неба не изменила бы: в космосе есть масса источников рентгена, но атмосфера Земли не пропускает его короткие волны, поэтому наблюдать вселенную в этом диапазоне могут только космические обсерватории, но не наземные. Так, космический рентгеновский телескоп «Чандра» регулярно снимает Солнце и присылает на Землю снимки, на которых относительно холодная поверхность Солнца выглядит совершенно чёрной (она недостаточно горяча, чтобы светить рентгеном), зато солнечная корона переливается и бурлит.

И не стоит думать, что рентгеновское зрение позволило бы видеть сквозь предметы и тела других людей: для этого нужен не только приёмник (специфический пигмент сетчатки), но и мощный источник излучения — такой, как рентгеновская трубка, в которой электроны разгоняют до больших энергий и резко останавливают металлической преградой. Врезаясь в металл, электроны теряют энергию в виде рентгеновского излучения, которое и позволяет делать медицинские снимки.

А вот способность видеть самое коротковолновое, гамма-излучение — то есть фотоны высоких энергий, крайне опасные для всего живого — мало изменила бы повседневную жизнь. Без сомнения, такое свойство глаз предупредило бы жителей Припяти и Чернобыля о страшной угрозе, добавило бы красок ядерным взрывам, пригодилось бы инспекторам МАГАТЭ и специалистам, отвечающим за безопасность на атомных электростанциях.

Но в обычной жизни источников ультракоротковолнового излучения не встретишь — разве что в промышленных гамма-дефектоскопах. В космосе гамма-лучи испускаются частицами, разогнанными до релятивистских скоростей сильными магнитными полями огромных космических магнитов, таких как нейтронные звёзды. Атмосфера надёжно укрывает нас от космических гамма-лучей, через неё прорываются только самые высокоэнергетические волны.

Чаще всего они врезаются в атомы атмосферных газов и разрушают их ядра; образованные в результате распада частицы падают на землю, испуская свет в видимом диапазоне, такой слабый, что глазом он неразличим. А гамма-лучи самой-самой высокой энергии, больше 1000 эВ, доходят до поверхности земли. Но даже если бы в наших глазах был пигмент, способный регистрировать их, он вряд ли бы что-то приметил — за сто лет на один квадратный метр поверхности Земли падает один квант такой энергии.

Кроме того, идея о гамма- и рентгеновском зрении — самая фантастическая из перечисленных. На биологические ткани жёсткий рентген и тем более гамма-лучи действуют губительно; вряд ли нашлись бы такие глаза, которые бы не сгорели при взгляде на их источник.