2. Вестники далеких миров

Заглянем в современную химическую лабораторию. Мы увидим множество пробирок и реторт, хитроумных аппаратов, точных приборов, автоклавов и печей. Здесь после многочисленных опытов и проб рождаются новые химические соединения, новые вещества, изучаются их свойства. Вот и сейчас один из ученых что-то рассматривает с помощью электронного микроскопа, другой подвергает какое-то соединение действию высокой температуры, третий пропускает через раствор электрический ток.

Примерно такую же картину мы увидим в лаборатории физика, биолога…

А теперь направимся туда, где рождаются знания о космических явлениях, — в астрономическую обсерваторию. И здесь мы увидим автоматические приспособления, мощные телескопы, точнейшие измерительные и электронные приборы. Но, в то время как физик, химик или биолог обычно имеет возможность оказывать непосредственное воздействие на изучаемый объект, изменяя его состояние и наблюдая последствия таких изменений, астроном лишен подобных возможностей. Интересующие его объекты, за исключением разве лишь упавших на Землю метеоритов, удалены на расстояния в сотни тысяч и миллионы километров от Земли.

Поэтому все многочисленные, обширные сведения о небесных телах, которыми располагает современная наука, добыты несколько иным путем.

Казалось, природа воздвигла между человеком и далекими космическими мирами непреодолимую стену. Казалось, все, что находится за пределами Земли, а тем более солнечной системы или Галактики, недоступно научному познанию.

Ссылаясь на трудности астрономических исследований, религиозные теоретики утверждали, что вселенная непознаваема.

Успехи астрономии вынудили защитников религии несколько изменить свои позиции.

— Да, конечно, — соглашались они, — кое-что о звездах и других небесных телах мы узнали, но это лишь внешние, незначительные проявления таинственных внутренних процессов, сущность которых сверхъестественна и которые никогда не будут раскрыты человеком.

Высказываясь подобным образом, богословы не придумали ничего нового: они лишь заимствовали точку зрения, высказанную еще в глубокой древности греческим философом-идеалистом Платоном.

В своей известной притче Платон изобразил человечество прикованным на цепь внутри глубокой пещеры. При этом люди не знают, что происходит снаружи, они могут судить об этом лишь по тем теням, которые отбрасывают предметы внешнего мира на заднюю стену пещеры.

Во времена Платона человеческие знания находились в зачаточном состоянии, естественные науки носили умозрительный характер и действительно занимались изучением лишь внешней стороны явлений природы.

Но и в наше время платоновскую точку зрения разделяют теологи и отдельные буржуазные ученые. Так, английский астрофизик Джемс Джинс в своей книге «Физика и философия» писал: «Мы можем изобразить реальный мир как глубокий текущий поток: мир явлений есть его поверхность, дальше которой мы не можем видеть».

Подобные высказывания находятся в явном противоречии с фактами. В двух первых частях этой книги было приведено немало примеров, наглядно показывающих, в какие глубины явлений проникает современная наука, какие сокровенные тайны природы она раскрывает.

Изучение вселенной, совершенствование астрономических методов исследования — один из самых блестящих примеров того, как развитие науки преодолевает любые преграды на пути познания мира.

Слушая передачу московской радиостанции, вы можете находиться на большом расстоянии от столицы. Но вас связывают невидимые электромагнитные волны. В специально преобразованном на передающей станции, как говорят физики, закодированном, виде они несут с собой голос диктора. В радиоприемнике этот условный код вновь превращается в звуковые сигналы, и вы слышите передачу. В электромагнитную волну можно вложить определенную информацию. Это могут быть телеграфные сигналы азбуки Морзе, голос человека, музыка, команды управления на расстоянии приборами и механизмами или сообщения о показаниях измерительных приборов, подобные тем, какие передавались с космических кораблей, искусственных спутников Земли и автоматических межпланетных станций.

Вложить информацию в электромагнитное излучение может не только человек; это сплошь и рядом делает сама природа.

Космический свет

Небесные тела и другие космические объекты излучают или отражают различные электромагнитные волны, свойства которых находятся в непосредственной зависимости от температуры источника, его химического состава, а также от характера происходящих в нем физических процессов. К их числу помимо радиоволн относятся видимый свет, невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, а также рентгеновские и гамма-лучи.

Для того чтобы добыть содержащуюся в космических излучениях информацию, необходимо располагать чувствительными приемниками, а кроме того, знать тот код, с помощью которого природа зашифровала свои тайны.

Первым вестником далеких миров был световой луч. Но для того, чтобы прочитать содержащуюся в нем информацию, ученым пришлось немало потрудиться…

Взгляните на небо невооруженным глазом. Даже при очень остром зрении и самых тщательных подсчетах вы обнаружите на одном полушарии небесной сферы всего около 3 тысяч звезд. А ведь только в одной нашей звездной системе — Галактике свыше 100 миллиардов космических солнц. Глаз человека не в состоянии уловить слабый свет далеких космических тел. Поэтому прежде всего необходимо было создать такие устройства, которые могли бы собирать и улавливать световые лучи, приходящие к нам из космоса.

Так родился инструмент, явившийся одним из самых замечательных изобретений человека и по сей день представляющий собой главное оружие астронома, — телескоп.

Телескоп приближает далекие миры

Телескоп — прибор, собирающий свет, идущий от далеких космических объектов. И чем больше площадь его объектива, тем больше собирает он света. Уже первая в мире простейшая астрономическая труба Галилея собирала света в сто сорок четыре раза больше, чем глаз человека, а крупнейший телескоп современности, установленный на горе Паломар, в США, собирает света в миллион раз больше. Это и позволяет с помощью телескопов наблюдать слабые объекты, совершенно недоступные невооруженному глазу.

Простейший телескоп состоит из объектива, представляющего собой двояковыпуклую линзу, и двояковыпуклого окуляра. Телескоп такого типа носит название рефрактора.

Объектив собирает лучи, идущие от источника света, в точку, называемую фокусом, и создает действительное изображение источника излучения. Это изображение рассматривается с помощью окуляра.

В тех случаях, когда проводится наблюдение протяженного объекта, например Луны или планеты, телескоп его увеличивает.

Что же касается звезд, то расстояния до них столь велики, что даже после тысячекратных увеличений они продолжают казаться точками. По этой причине ни один, даже самый мощный, телескоп видимых размеров звезд не увеличивает, зато он во много раз увеличивает их видимую яркость. В сильный телескоп можно увидеть пламя свечи, удаленной на несколько тысяч километров.

Как известно, собственные размеры звезд ничтожны по сравнению с межзвездными расстояниями. Увеличивая видимые промежутки между звездами, телескоп как бы раздвигает их и дает возможность в ряде случаев наблюдать раздельно такие звезды, которые невооруженному глазу кажутся одиночными.

Практически далеко не весь свет, улавливаемый объективом, доходит до нашего наблюдателя: некоторая его часть теряется при прохождении через оптическую систему. Подсчеты показывают, что при увеличении диаметра телескопа световые потери возрастают значительно медленнее, чем площадь объектива. Это указывает на целесообразность создания гигантских телескопов с большими объективами.

Однако линзовые системы вряд ли пригодны для такой цели. Необходимость избегать возможных искажений заставляет астрономов применять в современных рефракторах сложные объективы, составленные из нескольких стекол. А изготовление составного объектива достаточно большого диаметра представляет собой необычайно сложную задачу. Стекло должно быть совершенно однородным, а все поверхности отполированы с точностью до тысячных долей миллиметра. Кроме того, большие составные объективы поглощают слишком много света, а линзы дают значительный прогиб. Поэтому практически диаметр существующих линзовых телескопов не превышает 100 сантиметров.

Наибольшее распространение в настоящее время получили телескопы-рефлекторы, в которых роль объектива выполняет вогнутое зеркало. Для борьбы с искажениями зеркалу придают особую параболическую форму. Параболическая поверхность обладает свойством сводить все световые лучи, падающие на нее параллельно оси телескопа, в одну точку.

Зеркальные объективы дешевле линзовых, и, кроме того, им можно придавать значительно большие размеры. Первоначально зеркала для телескопов-рефлекторов были металлическими, но впоследствии их стали изготовлять из стекла, покрытого тонким слоем металла, хорошо отражающего свет.

Крупнейшим рефлектором является телескоп обсерватории Маунт-Паломар, в США. Его параболическое зеркало имеет 5 метров в поперечнике, весит 14,5 тонны и покоится па 36 опорах. Телескоп установлен в специальной башне, покрытой гигантским куполом, который имеет 42 метра в поперечнике и весит свыше тысячи тонн.

Недавно в Советском Союзе введен в строй крупнейший в Европе зеркальный 260-сантиметровый телескоп. Он установлен на Крымской астрофизической обсерватории.

Современные телескопы — это сложнейшие и точнейшие сооружения, способные давать колоссальные увеличения, в тысячи и даже десятки тысяч раз. Но подобные увеличения — увы! — недостижимы… У астрономов есть могучий враг — воздушная оболочка Земли. Воздух над Землей никогда не бывает совершенно спокоен, в атмосфере постоянно происходят перемещения воздушных масс. Вспомните, как летом струится теплый воздух над нагретой поверхностью, искажая видимость различных предметов, заставляя их как бы дрожать и расплываться. Точно так же начинает расплываться изображение в телескопе, как только ученые пытаются прибегнуть к большим увеличениям. Воздушные слои различной плотности, сквозь которые проходит свет небесных тел, играют роль своеобразных линз. Колебания атмосферы вызывают как бы изменения оптических свойств таких линз, а это приводит к тому, что изображения звезд и других объектов начинают колебаться и выходят из фокуса. Чем больше увеличение, тем сильнее подобные помехи: и наконец наступает момент, когда дальнейшее увеличение только ухудшает различимость деталей.

Поднимающиеся вверх потоки теплого воздуха настолько ухудшают качество изображения, что башни телескопов в зимнее время приходится не отапливать. Здесь должна быть точно такая же температура, как и на улице. Но и это не спасает положения. И хотя современные телескопы могли бы давать увеличение в десятки тысяч раз, астрономам приходится ограничиваться 500—600-кратными увеличениями.

Наличие атмосферных помех заставляет астрономов весьма тщательно подходить к вопросу о выборе места для строительства обсерваторий и установки крупных телескопов. В связи с этим в последние годы возник даже специальный раздел астрономии — астроклиматология.

Где удается получить наилучшее изображение: в горных районах или на равнине, на берегу моря или в глубине материка, в лесу или в пустыне? Помимо этого астроклиматология должна выяснить, насколько устойчиво спокойствие атмосферы в избранном для строительства районе, сколько бывает здесь ясных дней и ночей в году и т. п.

Улучшить качество телескопических изображений помогает и современная радиоэлектроника. С ее помощью можно попытаться очистить лучи света небесных светил, поступающие в телескоп, от примесей, сообщенных им атмосферой.

С этой целью лучи, собранные объективом телескопа, превращают в электрические заряды, которые размещаются на поверхности специального изолятора. Здесь как бы создается невидимое изображение небесного тела, нарисованное электрическими зарядами. Вот это-то изображение и подвергают своеобразной ретуши. Случайные заряды, появившиеся в результате атмосферных влияний, осторожно снимаются с помощью электронных пучков.

Очищенное таким образом изображение воспроизводится затем на телевизионном экране. Подобный способ позволяет увеличить яркость изображений звезд в десятки тысяч раз.

Телескоп помог астрономам улавливать космический свет. Но для того, чтобы расшифровать содержащуюся в световых лучах информацию, надо было знать тот код, которым природа зашифровала свои тайны. На помощь разведчикам вселенной пришла физика. Она не только создала всевозможные измерительные и другие точные приборы, но и разработала методы, которые помогли расшифровывать информацию, содержащуюся в электромагнитных излучениях.

Наиболее универсальным способом такого рода явился спектральный анализ.

Спектр — своеобразный волновой паспорт небесного светила. С его помощью можно определить химический состав источника света, его температуру, скорость движения и даже проникнуть в механизм происходящих там физических процессов.

Наряду со спектральным анализом в астрономических исследованиях получил широкое распространение еще один метод изучения света — так называемая фотометрия. Сущность его состоит в измерении количества света, приходящего к нам от различных небесных тел. Результаты подобных наблюдений имеют огромное значение для определения расстояний до звезд, а также выяснения их размеров и температур.

Большую роль играют фотометрические исследования и при наблюдении солнечных затмений. В частности, изучение общей яркости солнечной короны необходимо для определения ее массы и средней плотности. Во время затмений производятся также разнообразные фотометрические наблюдения неба, позволяющие судить о свойствах земной атмосферы.

В современной фотометрии все большую роль играют различные электрические методы исследования, все шире применяются всевозможные электронные измерительные приборы.

На протяжении 200 с лишним лет телескопические наблюдения велись с помощью глаза. Затем на смену глазу астронома-наблюдателя пришел более объективный и беспристрастный судья — фотографическая пластинка.

Фотография в астрономии

Фотографический метод быстро приобрел огромное значение в астрономических исследованиях. И не случайно, так как фотография обладает целым рядом существенных преимуществ перед наблюдениями с помощью глаза.

Если несколько художников, даже самых квалифицированных, будут писать одновременно портрет одного и того же лица, то их произведения никогда не будут совершенно одинаковыми и во всех без исключения деталях сходными с оригиналом. По этой причине и зарисовки результатов астрономических наблюдений, выполненные теми или иными астрономами, не могут считаться абсолютно достоверными. Известен целый ряд рисунков комет, туманностей и других небесных тел, которые совершенно не соответствуют действительности.

Фотографические пластинки свободны от этого недостатка: они дают точные документальные изображения изучаемых объектов. Такие изображения могут храниться многие годы, а проведенные с их помощью измерения можно повторить в любое время.

Фотографическая пластинка позволяет фиксировать различные явления и процессы, длительность которых чрезвычайно мала. При этом вся совокупность изучаемых объектов фиксируется в один и тот же момент времени.

Но, пожалуй, самым важным для астрономии свойством фотографической пластинки является ее способность «накапливать» свет. Глаз человека всегда воспринимает источник света таким, каким он виден в данный момент. Оттого, что мы будем смотреть на звезду несколько часов подряд, она не станет для пас более яркой. Иное дело — фотографическая пластинка. Благодаря тому, что светочувствительная эмульсия во время экспозиции накапливает свет, открывается возможность, применяя длительные экспозиции, получать изображения слабых звезд и других объектов, невидимых в такой же телескоп при обычных наблюдениях. Так, при фотографическом методе с помощью 5-метрового телескопа удается обнаружить звезды, в сто раз более слабые, чем можно увидеть в тот же телескоп глазом.

Фотографическая пластинка позволила заглянуть и в область невидимого света, получить изображения космических объектов в инфракрасных лучах. Это сразу открыло новые возможности, так как инфракрасные лучи хорошо проходят сквозь пыль и туман, сквозь межзвездную среду — там, где видимый свет пройти не может.

На протяжении длительного времени свет был единственным вестником далеких миров, доступным исследованию. Но луч света далеко не единственный вестник далеких миров. Космическое пространство буквально пронизано различными излучениями и потоками частиц, исследование которых могло бы значительно расширить наши знания о вселенной. Однако на пути подобных исследований опять-таки стоит воздушная оболочка Земли — атмосфера, которая поглощает львиную долю всевозможных излучений, заполняющих мировое пространство. Сквозь воздух проходят лишь видимый свет и отчасти радиоволны.

Космическое радиоизлучение несет с собой ничтожную по сравнению со световыми лучами энергию. Поэтому использовать его стало возможным лишь в последние годы, когда удалось создать достаточно чувствительные приемники радиоволн…

«Говорит» вселенная

Это произошло в годы войны.

Гитлеровская авиация обрушила бомбовые удары на Лондон. Первое время фашистские самолеты, неожиданно появлявшиеся со стороны пролива, чувствовали себя безнаказанными. Но вскоре англичане применили секретное оружие… Охрану побережья приняли на себя чуткие антенны радиолокаторов. Невидимыми лучами ощупывали они небо и, принимая отраженные фашистскими самолетами радиоволны, вовремя сообщали противовоздушной обороне об их приближении. Стервятники получали достойный отпор. Небо над Англией было для них закрыто.

И вдруг у фашистов нашелся союзник. В утренние часы во время воздушного нападения эфир заполнялся неизвестными радиосигналами. Они искажали показания локационных станций, путали операторов. На экранах локаторов изображения фашистских самолетов безнадежно терялись в океане помех.

Учитывая серьезность положения, английское командование отдало своим войскам приказ: во что бы то ни стало обнаружить таинственную радиостанцию и любой ценой уничтожить ее. Однако приказ удалось выполнить только наполовину. Неизвестная радиостанция была обнаружена. Но разбомбить ее оказалось выше сил человеческих, так как расположена она была на расстоянии 150 миллионов километров от Земли. Английским локационным станциям мешало своими радиопередачами… Солнце.

Еще около 30 лет назад было замечено, что коротковолновые радиоприемники принимают какие-то странные сигналы непонятного происхождения. Самое удивительное заключалось в том, что они повторялись через равные промежутки времени, в течение которых Земля как раз успевала совершить очередной полный оборот вокруг своей оси. Это заставляло предполагать, что таинственные радиостанции расположены где-то за пределами земной атмосферы, в космическом пространстве. Так было положено начало радиоастрономии — новому могущественному методу изучения вселенной, получившему в послевоенные годы необычайно быстрое развитие.

Кто из нас не любовался в ясный солнечный день бездонной голубизной ясного неба, не радовался великому разнообразию красок окружающей природы?

А представьте себе такое…

Ясный солнечный день. Открытая местность. Но что за странная картина? На месте Солнца — яркое пятно гораздо больших размеров и неправильной формы. А справа и слева от него еще два таких же ярких светила…

Что это: рассказ-загадка или страничка из повести о приключениях астронавтов на далекой таинственной планете? Ни то, ни другое. Удивительную картину, которая была только что описана, видел бы каждый из нас, жителей Земли, если бы наши глаза были чувствительны не к световым лучам, а к радиоволнам длиной от 3 до 5 метров.

А если бы мы воспринимали еще более длинные волны, от 15 до 25 метров, то окружающий мир предстал бы перед нами в еще более необычном виде. На исключительно ярком фоне ослепительного неба зияло бы темное пятно — наше дневное светило.

Глаза человека нечувствительны к радиоволнам. Но человек создал специальные устройства — радиотелескопы, позволяющие улавливать и переводить на земной язык «радиоголоса» вселенной.

Современные оптические телескопы представляют собой все более и более грандиозные сооружения. Как мы уже говорили, чувствительность телескопа и его способность обнаруживать далекие слабые объекты зависят главным образом от размеров его зеркала, собирающего излучение небесных светил. Но, чем больше телескоп, тем труднее его изготовить. Особенно большой точности требует шлифовка зеркал. Иное дело — радиотелескоп. Его зеркало может представлять собой металлическую сетку с довольно крупными ячейками. Это позволяет без особого труда создавать радиотелескопы весьма внушительных размеров. Так, например, радиотелескоп Физического института имени Лебедева Академии наук СССР, введенный в строй в 1959 году, имеет сетчатое «зеркало» поперечником в 22 метра, которое может легко поворачиваться в любую точку неба. Оригинальный радиотелескоп создан учеными Пулковской обсерватории под Ленинградом. Он состоит из нескольких десятков больших металлических щитов, расположенных рядом друг с другом по огромной дуге, на протяжении 130 метров. Отраженные этим необычным зеркалом радиоволны улавливают антенной, установленной на особой тележке, которая может перемещаться по специальным рельсам. Изменяя наклон щитов и положение антенны, можно вести наблюдение за различными участками неба.

И сегодня, пожалуй, трудно найти такую обсерваторию, где наряду с «традиционными» астрономическими наблюдениями ученые не занимались бы приемом и изучением «радиоголосов» космоса.

В последние годы советскими и американскими астрономами была выдвинута оригинальная идея — использовать в качестве приемного зеркала радиотелескопа земную атмосферу. Если это удастся осуществить, то астрономы получат в свое распоряжение небывалый радиотелескоп с грандиозным объективом, намного превосходящий по своей чувствительности все существующие в настоящее время системы.

Солнце и планеты— космические радиостанции

Одной из самых мощных космических радиостанций является Солнце. Изучение солнечных радиопередач показало, что радиоизлучение нашего дневного светила обладает довольно беспокойным характером. Когда на поверхности Солнца нет пятен, его радиоизлучение весьма слабо. Но как только появляются пятна, возникает дополнительное, очень мощное и быстро меняющееся радиоизлучение возмущенного Солнца.

Изучая солнечные радиопередачи, ученые на первых порах столкнулись с одним довольно странным обстоятельством. Как известно, солнечная поверхность имеет температуру около 6 тысяч градусов. Между тем радиоволны, поступающие к нам от Солнца, имеют длину около 1 метра, что соответствует температуре источника излучения в 1 миллион градусов. Загадка разрешилась только тогда, когда обнаружилось, что мы принимаем радиопередачи не самого Солнца, а внешней, разреженной части его атмосферы, так называемой солнечной короны.

Всестороннее изучение солнечных радиоволн стало неотъемлемой частью астрономических исследований, имеющей немаловажное практическое значение.

Как известно, активные процессы, происходящие на поверхности Солнца, служат источником целого ряда геофизических явлений: магнитных бурь, полярных сияний, нарушений радиосвязи. Оказалось, что солнечная радиостанция передает об этих явлениях своеобразное предупреждение. По временам поток радиоизлучения Солнца неожиданно возрастает в миллионы раз. Было установлено, что эти мощные всплески происходят как раз в тот момент, когда на Солнце возникают так называемые вспышки. Примерно через сутки после такого радиопредупреждения на Земле начинается магнитная буря.

Другая космическая радиостанция — наш естественный спутник Луна. Источником лунных радиопередач, принятых впервые в 1946 году, служит поверхность нашего спутника, нагретая лучами Солнца. Изучение лунных радиопередач позволяет уточнить наши представления о строении и температуре лунной поверхности.

В 1961 году горьковские радиоастрономы провели интересные наблюдения Луны в радиолучах. Эти наблюдения показали, что верхний слой Луны — это не слой пыли, как представляли раньше, а твердое, сплошное пористое вещество, похожее на пенопласт, в котором около 80% объема приходится на внутренние пустоты. Что же касается его состава, то скорее всего это минералы типа гранита пли диорита, богатые кварцем.

За последние годы ученые обнаружили, что источниками космического радиоизлучения являются также некоторые планеты солнечной системы. Особенно интересно применение радиоастрономических методов исследования к планете Венера, изучение которой обычными оптическими способами, как мы уже знаем, наталкивается на серьезные затруднения. Для радиоволн облака, окутывающие Венеру, не препятствие. При этом источником радиоизлучения Венеры, как и Луны, является главным образом поверхность планеты, нагретая лучами Солнца.

Советские ученые проводили свои наблюдения на волне длиной 8 миллиметров с помощью мощного радиотелескопа. Им удалось проследить, как меняется температура поверхности Венеры в зависимости от условий солнечного освещения. Оказалось, что, по мере того как планета поворачивается к Земле своей дневной стороной, температура ее заметно растет.

Многие исследователи высказывали предположение о том, что поверхность Венеры сплошь покрыта водой. Однако заметное различие дневных и ночных температур не согласуется с этой гипотезой, так как в океане благодаря перемешиванию разность температур должна была бы сравнительно быстро сгладиться.

Было также замечено, что волны длиной 8 миллиметров поглощаются атмосферой Венеры значительно сильнее, чем волны, имеющие большую длину. Между тем известно, что поглощение миллиметровых волн в земной атмосфере непосредственно связано с наличием в ней свободного кислорода и водяных паров. Это свидетельствует о том, что в нижних слоях атмосферной оболочки Венеры также присутствует либо кислород, либо пары воды.

Еще одной космической радиостанцией в нашей солнечной системе является Юпитер. История открытия радиоизлучения этой гигантской планеты довольно любопытна.

В начале 1955 года американские ученые Берк и Франклин, изучая космические радиоволны с помощью чувствительного радиотелескопа, неожиданно обнаружили неизвестный ранее очень сильный источник радиоизлучения на волне 13,5 метра. По своему характеру он резко отличался от других подобных источников: его излучение было весьма нерегулярно и состояло из серии коротких всплесков, очень похожих на грозовые разряды.

Вскоре обнаружилось еще более любопытное явление. Оказалось, что новый источник меняет свое положение относительно звезд. А это означало, что он расположен очень близко, быть может даже в пределах солнечной системы. И действительно, через некоторое время удалось установить, что новый источник космического радиоизлучения — Юпитер.

На первый взгляд может показаться странным, что радиоизлучение Юпитера не было замечено раньше, но это легко объясняется тем, что оно похоже на грозовые разряды. Возможно, что ученым и раньше удавалось принимать радиопередачи с Юпитера, но они не обращали на них внимания, полагая, что имеют дело с обычными атмосферными помехами.

Но что за таинственная радиостанция посылает к нам оттуда свои сигналы?

Так как Юпитер удален от Солнца на огромное расстояние, его тепловое радиоизлучение является настолько слабым, что современная радиоастрономическая аппаратура не могла бы его обнаружить.

Какова же в таком случае природа мощного радиоизлучения Юпитера?

Около двух лет назад по этому поводу было высказано любопытное предположение, связывающее радиоизлучение Юпитера с происходящими в его атмосфере явлениями грозового характера. В самом деле, водородная атмосфера этой гигантской планеты содержит многочисленные облака, состоящие, по-видимому, из капелек метана и кристалликов аммиака.

Вполне вероятно, что такие облака, если они действительно существуют, способны накапливать электрический заряд, что в свою очередь может иногда приводить к возникновению грозовых разрядов. Грозовая гипотеза представлялась довольно убедительной. Новые данные не только не прояснили вопроса, но, наоборот, еще сильнее его запутали.

Во-первых, оказалось, что наиболее сильное излучение радиоволн всегда происходит из одной и той же точки Юпитера, а во-вторых, было высказано предположение, что источник радиоволн лежит на поверхности планеты, значительно ниже слоя облаков. Все это, разумеется, никак не согласуется с грозовой гипотезой.

Таким образом, природа радиоизлучения Юпитера пока что остается невыясненной.

Дальнейшее изучение «радиоголосов» Венеры и Юпитера, а возможно, и других планет нашей солнечной системы поможет астрономам лучше изучить природу этих космических соседей Земли и разрешить тем самым многие вопросы, до сих пор остающиеся загадкой.

Радиоастрономия располагает более широкими возможностями, чем оптическая, еще в одном отношении: она не только пассивно исследует радиоволны, излучаемые различными космическими объектами, но и может непосредственно прощупать поверхность небесных тел радиолучом, специально направленным с Земли, и принимать отраженные сигналы.

Еще до войны советские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси теоретически обосновали возможность радиолокации Луны. 10 января 1946 года этот опыт был впервые осуществлен американцами. С помощью специального радиолокатора в направлении Луны был послан мощный радиоимпульс. Примерно через 2,5 секунды приборы отметили слабый ответный сигнал — радиоэхо, отраженное лунной поверхностью. Впоследствии подобные опыты повторялись неоднократно. Но только в мае 1959 года была осуществлена первая передача через Луну. Сообщение, отправленное из Англии азбукой Морзе, отразилось от лунной поверхности и было принято по другую сторону Атлантического океана, в США. На следующий день опыт был повторен. Однако на этот раз передача велась уже не точками и тире — у микрофона выступил директор одной из английских обсерваторий профессор Ловелл. В конце 1962 года советские ученые впервые осуществили передачу радиосигналов «через» планету Венера. Телеграфной азбукой в направлении Венеры были переданы три слова: «ЛЕНИН», «МИР» и «СССР». Отраженные поверхностью планеты, радиоволны вернулись к Земле и были зарегистрированы приемной аппаратурой.

Быстрое совершенствование современной радиотехнической аппаратуры открыло возможность перейти от лунных опытов к радиолокации планет солнечной системы.

В результате подобных наблюдений было уточнено среднее расстояние Земли от Солнца, что имеет весьма важное значение для расчетов ракетных орбит.

Не меньший интерес представляет собой также изучение «радиоголосов» далеких космических объектов, лежащих за пределами нашей солнечной системы. В настоящее время известно уже около 2 тысяч подобных радиостанций, расположенных в различных областях неба.

Физическая природа источников космических радиоволн весьма разнообразна. Но, пожалуй, самый большой интерес среди них представляет разреженный межзвездный газ, заполняющий мировое пространство, главным образом водород.

В 1945 году голландский астрофизик ван де Хулст высказал предположение о том, что атомы водорода, имеющиеся в межзвездном пространстве, могут излучать радиоволны длиной 21 сантиметр. В 1948 году советский ученый И. С. Шкловский, подробно исследовав этот вопрос, подтвердил предположение ван де Хулста и подсчитал, что указанное излучение вполне может быть обнаружено современными радиотелескопами.

В 1951 году радиоизлучение водорода, предсказанное теорией, было действительно обнаружено, независимо друг от друга, наблюдателями трех континентов земного шара.

Радиоастрономические исследования на волне 21 сантиметр позволили не только установить механизм излучения межзвездного водорода, но также изучить распределение и движение водородных облаков в межзвездном пространстве. Подобные наблюдения имели огромное значение для выяснения структуры нашей звездной системы — Галактики, изучения ее центрального ядра и закономерностей галактического вращения. Они пролили новый свет и на один из кардинальнейших вопросов современной физики — проблему происхождения космических лучей, то есть потоков ядер атомов водорода, гелия и других химических элементов, приходящих к нам из таинственных глубин вселенной.

Космические лучи и «сверхновые» звезды

Используя данные радиоастрономии, советские ученые В. Л. Гинзбург и И. С. Шкловский обнаружили тесную связь, существующую между космическими лучами и вспышками так называемых «сверхновых» звезд.

В 1054 году в созвездии Тельца неожиданно вспыхнула странная звезда. Ее сияние в течение полугода можно было наблюдать даже в дневное время. Пораженные необычным явлением, ученые того времени оставили его описание в своих летописях. Впоследствии подобные же вспышки наблюдались в других созвездиях еще дважды — в 1512 ив 1604 годах.

Явления эти и получили название вспышек «сверхновых» звезд. В момент такой вспышки, происходящей под действием каких-то пока еще неизвестных нам физических процессов, звезда неожиданно раздувается, сбрасывая с себя газовую оболочку. В некоторых случаях может произойти даже полный разлет всего материала звезды. Взрыв звезды сопровождается выделением чудовищной энергии. Достаточно сказать, что в некоторых случаях «сверхновая» звезда в течение нескольких дней после вспышки излучает такое же количество света, как несколько миллиардов Солнц.

После вспышки на месте взорвавшейся звезды возникает газовая туманность, образовавшаяся из ее распыленных остатков.

Одна из таких туманностей, названная Крабовидной, находится в созвездии Тельца, на месте вспышки «сверхновой» звезды 1054 года. Несколько лет назад было обнаружено, что Крабовидная туманность является мощным источником радиоизлучения. Это означает, что в ней существует множество электронов, движущихся с огромными скоростями. Такие электроны представляют собой своеобразные космические радиостанции. Перемещаясь в межзвездных магнитных полях, они излучают радиоволны. А там, где имеются быстрые электроны, должно присутствовать и огромное количество других заряженных частиц, движущихся с колоссальными скоростями, со скоростями космических лучей.

Так было обнаружено, что колыбелью космических лучей, по-видимому, являются газовые оболочки «сверхновых» звезд.

Изучение радиоволн, испускаемых Крабовидной туманностью, позволило получить важные сведения о самых внешних слоях солнечной атмосферы, так называемой сверхкороне.

Ежегодно, в середине июля, Солнце в результате движения нашей планеты оказывается для земного наблюдателя расположенным вблизи Крабовидной туманности. Благодаря этому радиоволны туманности по дороге к Земле проходят сквозь солнечную корону. Изменения, которые они при этом испытывают, позволяют судить о физическом состоянии короны. В частности, удалось установить, что ее структура неоднородна и что сверхкорона обладает магнитным полем.

Одна из самых мощных космических радиостанций расположена в созвездии Лебедь. В 1951 году на этом месте с помощью крупнейшего в мире, 5-метрового телескопа удалось сфотографировать две тесно прижавшиеся друг к другу галактики.

Тогда была высказана гипотеза о столкнувшихся галактиках. Ученые предполагали, что в результате подобной катастрофы, длящейся десятки миллионов лет, в районе столкновения могут возникнуть условия, благоприятные для образования космических лучей, что в свою очередь неизбежно влечет за собой мощное радиоизлучение.

В самое последнее время появилась существенно новая точка зрения, отрицающая идею столкновения. Вероятнее всего, в созвездии Лебедь мы наблюдаем совершенно уникальную картину рождения галактик из разреженной космической среды. В связи с этим радиоастрономические наблюдения этого удивительного объекта, расположенного на чудовищном расстоянии от нашей солнечной системы, приобретают особенно большой интерес.

Сегодня крупные радиотелескопы позволяют зондировать космическое пространство на расстоянии, в десятки раз большем, чем это удается при помощи оптических телескопов.

Тем самым радиоастрономия существенно расширяет границы доступной современным исследованиям области вселенной, позволяя человеку проникать все дальше и дальше в таинственные глубины космоса.

Радиоастрономические наблюдения могут сослужить человеку еще одну, чисто земную службу. Как известно, одна из главных практических задач морской и воздушной навигации — определение местонахождения корабля или самолета по положению небесных светил. Однако непосредственные наблюдения светил находятся в полной зависимости от состояния погоды. Зато ориентация при помощи специальных приборов на источники мощных космических радиоизлучений возможна при любой погоде: облачность радиоволнам не помеха.

Ядерная астрофизика

С развитием науки и техники возможности оптических и радиоастрономических исследований расширяются все в большей и большей степени, позволяя проникать все глубже в тайны вселенной.

И все же эти методы изучения небесных тел имеют один весьма существенный недостаток: они не дают возможности заглянуть внутрь звезд и выяснить характер происходящих там процессов. Электромагнитные излучения, которые рождаются в недрах звезды, не могут пробиться сквозь толщу ее вещества к поверхности и до нас не доходят. В связи с этим астрономы вынуждены до сих пор довольствоваться лишь чисто теоретическими методами изучения источников могучей звездной энергии.

Что происходит в центральной части звезды? В каком состоянии находится ее вещество? Какие именно ядерные реакции протекают в ее глубинах? На все эти вопросы до сих пор нет однозначного ответа. И может ли такой ответ быть получен вообще? Не являются ли недра звезд как раз тем непознаваемым, которое недоступно научному исследованию, которое никогда не откроется человеку?

Однако и эта задача, без сомнения, будет решена. Благодаря успехам современной ядерной физики наметился новый, весьма перспективный путь проникновения в тайны внутреннего строения звезд.

Он связан с уже знакомой нам ядерной частицей — нейтрино.

Не может ли нейтринное излучение послужить новым вестником далеких миров? Эту многообещающую идею, кладущую начало новой области знания — нейтринной астрономии, высказали несколько лет назад венгерские физики Георг Маркс и Нора Менихард.

…Обсерватория мало походила на обычную. Не было ни традиционных башен с вращающимися куполами, ни телескопов, ни даже причудливых антенн радиотелескопов, улавливающих далекие «радиоголоса» вселенной. Вместо всего этого в стороне от главного здания высилось какое-то огромное сооружение, отдаленно напоминающее гигантскую бетономешалку. Массивные колонны поддерживали огромный металлический резервуар с раструбами, обращенными в землю. Резервуар плавно вращался, и его тень в лучах полной Луны медленно ползла по бетонированной площадке.

— Это и есть наш новый телескоп, — сказал один из сотрудников обсерватории, — сейчас мы ведем наблюдение за Солнцем. — И он показал пальцем куда-то в Землю, туда, куда был направлен раструб телескопа.

Не правда ли, странно? Наблюдать за Солнцем в ночное время, да еще сквозь толщу земного шара…

Пока что подобных обсерваторий еще не существует, но вполне вероятно, что они появятся в самом недалеком будущем. Рождается новый метод изучения вселенной — нейтринная астрономия.

Нейтрино непосредственно участвуют в ядерных реакциях, протекающих в недрах звезд, и могут сообщить нам множество ценнейших сведений об этих процессах. Известно, например, что различным типам ядерных превращений соответствует испускание нейтрино и антинейтрино различных энергий. И если бы, в частности, удалось изучить нейтринный поток, идущий к нам от Солнца, мы, вероятно, узнали бы наконец, какой именно тип термоядерной реакции преобладает в его недрах.

Но каким образом регистрировать и исследовать нейтринные потоки, приходящие к нам из космоса? Ведь тот метод обнаружения нейтрино, с помощью которого физикам удалось впервые зарегистрировать эту «неуловимую» частицу и о котором шла речь в первой части книги, обладает слишком низкой чувствительностью даже для того, чтобы обнаружить нейтринные излучения Солнца. Нейтринные же потоки из далеких уголков вселенной еще намного слабее.

И все же задача разрешима. На помощь астрофизикам должна прийти еще одна ядерная реакция с участием нейтрино. Дело в том, что под действием «неуловимой» частицы ядро одного из изотопов хлора превращается в ядро изотопа аргона. При этом образуется электрон, который, в отличие от нейтрино, можно регистрировать обычными, хорошо известными способами. Этот метод и предлагается использовать для создания нейтринного телескопа, фантастическим описанием которого начиналась эта глава. Объективом телескопа может быть резервуар, содержащий несколько десятков тонн четыреххлористого углерода. Подобное устройство позволило бы регистрировать довольно слабые потоки частиц. В дальнейшем путем чисто технических усовершенствований чувствительность нейтринного телескопа может быть значительно повышена.

Вторая трудность, с которой придется встретиться нейтринной астрономии, — это помехи со стороны других космических излучений. Однако от этих помех можно избавиться весьма оригинальным способом. В отличие от обычных оптических и радионаблюдений, изучение нейтринных потоков Солнца будет производиться не в дневное время, а ночью, когда наше дневное светило погружается под горизонт. При этом нейтринный телескоп будет направлен не в небо, а в землю и наблюдения будут осуществляться сквозь всю толщу планеты. Поглощая все другие излучения, кроме нейтринного, Земля послужит отличным фильтром.

Есть все основания ожидать, что уже в сравнительно недалеком будущем нейтринные наблюдения Солнца станут реальностью. Дальнейшее увеличение чувствительности приемных устройств позволит приступить к исследованию нейтринного излучения космического пространства и отдельных галактик.

Таковы заманчивые перспективы развития новой области науки — нейтринной астрофизики. Она рождается на наших глазах. И очень может быть, что уже в ближайшем будущем к телевизионным телескопам, дающим возможность получать на экране четкие изображения планет, электронно-оптическим преобразователям, позволяющим вести наблюдения в невидимых инфракрасных лучах, наконец, к электронно-вычислительным машинам присоединится этот новый метод познания вселенной.