Помоги проекту - поделись книгой:
Виктор Ноевич Комаров, Борис Николаевич Пановкин
Занимательная астрофизика
Предисловие
Настоящая книга не является систематическим изложением современной астрофизики — науки, цель которой — изучение физических процессов во Вселенной. Эта наука отличается разнообразием методов исследования, обилием теоретических изысканий, большим числом проблем, как решенных, так и требующих дальнейшего изучения. Она очень быстро развивается — чуть ли не каждый день приносит с собой новые факты, иногда совершенно неожиданные. Их осмысление требует от ученых немалых усилий.
Уже по этим причинам одна научно-популярная книга не в состоянии отразить все содержание современной астрофизики. Тем более что многие проблемы этой науки самым тесным образом связаны с весьма глубокими и сложными разделами современной физики. Авторы ставили перед собой более скромную задачу: представить в занимательном плане некоторые наиболее интересные вопросы, связанные с изучением физических явлений во Вселенной.
В то же время авторы всячески стремились избежать фрагментарности, добиться логической последовательности изложения.
С этой целью книга построена по следующему плану:
Глава I показывает расширение диапазона астрофизических исследований с освоением новых источников информации о космических процессах. Авторы знакомят читателя с тем, какие новые возможности открывает применение этих источников.
Глава II — это рассказ о конкретных открытиях, сделанных благодаря превращению астрономии из науки оптической в науку всеволновую.
Глава III посвящена теоретическим исследованиям в области строения и эволюции нашей Вселенной. Авторы ставили своей задачей показать, как теория, основанная на результатах наблюдений и проверяемая наблюдениями, постепенно раскрывает закономерности космических явлений, в том числе происходивших на ранних стадиях развития Вселенной, и заглядывает в ее все более отдаленное будущее…
Заключительный раздел этой главы посвящен некоторым аспектам одной из самых увлекательных проблем в современной науке о Вселенной — проблеме поиска разумной жизни во Вселенной и внеземных цивилизаций. Хотя проблема эта, разумеется, не чисто астрофизическая, но астрофизические данные составляют значительную часть ее научного фундамента.
Создавая книгу, авторы исходили из своего понимания занимательности. По нашему мнению, занимательным в науке являются не только поражающие воображение числа и впечатляющие сравнения, но и само содержание научных представлений об окружающем мире и прежде всего новые неожиданные факты, оригинальные гипотезы и теории, выявление неочевидных связей между, казалось бы, разнородными явлениями, осмысление привычного с необычных позиций, столкновение различных точек зрения, наконец, связь результатов научных исследований с практической деятельностью людей.
И, конечно, основополагающие научные проблемы и оригинальные идеи и методы, привлекаемые для их решения. Великий датский физик Нильс Бор говорил, что проблемы важнее решений; решения могут устареть, а проблемы остаются. А выдающийся советский физик-теоретик академик Л. Д. Ландау придавал первостепенное значение методам исследования. Метод важнее Открытия, утверждал Ландау, ибо правильный метод исследования обязательно рано или поздно приведет к новым еще более выдающимся открытиям.
Авторы решили также применить прием, который уже был использован в книге В. Н. Комарова «Новая занимательная астрономия», — включить в текст научную фантастику с соответствующими комментариями. Фантастика не только делает более зримыми отвлеченные научные идеи и тем самым способствует их более глубокому осмыслению, но и одушевляет эти идеи в художественной форме, раскрывает их связь с человеком. К сожалению, популярное изложение научных достижений и проблем обычно воспринимается читателем несколько отвлеченно. Между тем результаты научных исследований так или иначе влияют на нашу жизнь. В книгу включены два научно-фантастических рассказа, написанные В. Н. Комаровым. Эти рассказы отнюдь не являются беллетризованным изложением соответствующих проблем астрофизики. Их задача иная — дать возможность читателю ощутить значение этих проблем для людей.
Разделы «Они „слушают“ космос» и «Из разных точек» написаны Б. Н. Пановкиным. Раздел «Игра во внеземные цивилизации по научному» — совместно В. Н. Комаровым и Б. Н. Пановкиным. Остальные разделы — В. Н. Комаровым.
В заключение еще раз подчеркнем, что настоящая книга не является последовательным изложением современной астрофизики. Если воспользоваться аналогией с литературными произведениями, то ее можно сравнить ее с повестью, где обычно прослеживается одна сюжетная линия, а скорее с многоплановым романом. Хотя в романе много сюжетных разветвлений, у читателя после его прочтения должно сложиться отчетливое представление о событиях, в нем описанных.
Если читатели этой книги хотя бы в самых общих чертах представят себе, что такое современная астрофизика и какие проблемы ее волнуют, авторы сочтут свою задачу выполненной.
Авторы выражают глубокую благодарность члену-корреспонденту АН СССР Н. С. Кардашеву, доктору физико-.математических наук И. Д. Новикову, а также кандидату философских наук В. В. Казютинскому за полезные советы, которые были даны в процессе работы над книгой.
Среда обитания — космос
Человек! Затерянный среди пустынь
Вселенной, один на маленьком куске
Земли, несущейся с неуловимой
быстротой куда-то в глубь безмерного
пространства, терзаемый мучительным
вопросом — «зачем он существует»,
он мужественно движется — вперед!
и выше — по пути к победам над всеми
тайнами Земли и неба…
В 1963 г. было сделано одно из самых поразительных открытий XX века на очень больших расстояниях от Земли, у самых границ наблюдаемой Вселенной были обнаружены удивительные объекты, излучающие невиданные потоки энергии. В дальнейшем они получили название квазаров.
Комментируя это событие, известный советский астрофизик доктор физико-математических наук И. Д. Новиков заметил:
— Если бы до открытия квазаров нам описали их свойства, мы со всей уверенностью заявили бы, что подобные объекты в природе просто не могут существовать…
Открытие квазаров явилось неожиданностью, одним из тех поразительных сюрпризов, которые время от времени: преподносит нам бесконечно разнообразная Вселенная. Но само по себе появление подобных сюрпризов уже давно перестало быть неожиданностью. Наш век научно-технической революции требует от современного естествознания все более глубокого проникновения в тайны строения окружающего мира, познания наиболее фундаментальных свойств материи, в том числе и закономерностей Вселенной. И это не только внутренняя потребность саморазвития науки, но и задача, поставленная перед современным естествознанием всем ходом развития общества…
У известного американского ученого и писателя Айзека Азимова есть рассказ «Поющие колокольчики». Действие этого рассказа происходит в далеком будущем, когда полеты на другие небесные тела стали столь же обычным делом, как в наши дни поездка на автомобиле. Поющие колокольчики — особые куски лунной породы, издающие при ударе ни с чем не сравнимые чарующие музыкальные звуки. Эти уникальные произведения природы ценятся на Земле дороже золота и драгоценностей.
Главное действующее лицо рассказа Луис Пейтон тайком отправляется на Луну на антигравитационном корабле, чтобы попытаться отыскать тайник с поющими колокольчиками, которые украдкой собрал один лунный старатель.
Пробыв две недели на Луне, Пейтон находит клад, убивает своего спутника и возвращается на Землю. Убийство обнаруживают, и подозрение падает на Пейтона. Но он умело запутал следы и к тому же подготовил себе надежное алиби: убедительные доказательства того, что он за последнее время не покидал Землю.
По просьбе полиции за дело берется доктор Эрт. Подозреваемого Луиса Пейтона доставляют к нему. Доктор Эрт достает из своей коллекции поющий колокольчик и неожиданно бросает его сидящему в нескольких метрах Пейтону. Пейтон успевает поймать волшебную вещицу.
Не дав ему опомниться, Эрт приказывает:
— Бросьте его мне, мистер Пейтон. Скорее!
Машинально Луис Пейтон бросает колокольчик. Но бесценный комочек пемзы, не долетев до протянутой руки доктора Эрта, падает на пол и разбивается…
Эксперимент решает судьбу Пейтона. За две недели пребывания на Луне его мышцы привыкли к ослабленной силе тяжести и еще не успели вновь приспособиться к земному притяжению. Это — неопровержимое свидетельство того, что Пейтон покидал Землю и некоторое время находился на каком-то небесном теле, значительно уступающем по массе и размерам Земле…
Обживая космос, человек вступает в особый мир, где все непохоже на земное, где и окружающая обстановка и физические условия и даже характер движения всех предметов и самого человека иные, чем на Земле, — такова главная идея рассказа Азимова.
Идея, вполне соответствующая реальному положению вещей, в чем смогли убедиться наши космонавты, длительное время живущие и работающие на борту орбитальных станций, а также участники лунных экспедиций.
Таким образом, выход человека в космос, развитие космических полетов — это не просто величайшее достижение человеческого разума, науки и техники, это начало освоения человеком новой среды обитания! Точнее говоря, непосредственного освоения. Потому что, если задуматься, космос, Вселенная всегда были средой нашего обитания.
Как общественная формация человечество подчиняется своим особым специфическим закономерностям — законам общественного развития, открытым и исследованным Карлом Марксом, Фридрихом Энгельсом и Владимиром Ильичем Лениным.
Но с точки зрения естественных наук мы — часть Вселенной. И подчиняемся действующим во Вселенной физическим и другим закономерностям. Не только целый ряд условий нашей жизни, но и само существование земной цивилизации во многом зависят от того, что представляет собой наша Вселенная, как она развивается, какие физические законы в ней действуют, какие физические процессы протекают.
Конечно, прежде всего человек сталкивается с теми условиями, которые окружающего на Земле. Он не только обитает в этих условиях на протяжении тысячелетий, но все практические свершения человечества на протяжении очень долгого времени были ограничены чисто земными рамками. Однако в XX веке, в особенности во второй его половине, положение вещей существенно изменилось.
Конец 50-х годов ознаменовался величайшим событием в истории человечества — выходом в космос. Первый советский искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту в октябре 1957 года, открыл людям путь во Вселенную. Столь грандиозное свершение, разумеется, не было простой случайностью — его подготовил весь предшествующий ход развития земной цивилизации…
На протяжении очень долгого времени астрономия была «лидером» естествознания. В частности, именно астрономические наблюдения послужили исходным фундаментом для открытия законов механики и закона всемирного тяготения, т. е. для построения основ современной науки о природе. В дальнейшем на первое место выдвинулась физика, создавшая в начале XX в. такие фундаментальные теории, имеющие принципиальное значение для познания окружающего мира, как теория относительности и квантовая механика.
Однако в последние десятилетия значение астрономических исследований вновь возросло. Несколько лет тому назад выдающийся советский физик академик Л. А. Арцимович выступил в печати со статьей, которую озаглавил: «Будущее принадлежит астрофизике». Почему же один из руководителей советской физики, известный физик-ядерщик, решил отдать предпочтение не физике, а астрономии?
Дело в том, что в нашу эпоху особенно важное значение приобретают фундаментальные научные исследования — изучение основополагающих, всеобъемлющих законов мироздания. От успешного развития фундаментальных исследований непосредственно зависит научно-технический прогресс. И прежде всего от фундаментальных исследований в области физики, познания наиболее глубоких закономерностей строения материи. Многое в этом направлении уже сделано, но, как справедливо заметил один древний мудрец, чем шире круг наших знаний, тем больше линия соприкосновения с неизвестным.
Однако на пути дальнейшего развития физических исследований лежат определенные трудности. Целый ряд явлений, которые можно было изучить в земных лабораториях, уже исследован, И для того, чтобы существенно продвинуться дальше, необходимо наблюдать материю в предельных, экстремальных состояниях. Температуры в сотни миллионов кельвинов. Давления в десятки миллионов атмосфер. Чудовищные плотности в сотни миллионов и миллиарды тонн в кубическом сантиметре. Огромные энергии, сравнимые с энергией взрыва термоядерного заряда с массой, равной массе десятков тысяч солнц. Космический вакуум.
Вот далеко не полный перечень тех условий и состояний, которые необходимы современному физику. Но ни в одной современной физической лаборатории воспроизвести подобные условия и состояния в полной мере, к сожалению, невозможно.
И все же лаборатория, где физические процессы, о которых идет речь, происходят, реально существует. Это — бесконечно разнообразная лаборатория Вселенной, созданная самой природой!
И нет ничего удивительного в том, что астрономические исследования позволили обнаружить целый ряд таких явлений, изучение которых не только расширило наши представления о космических процессах, но и внесло весьма существенный вклад в дальнейшее развитие физической науки.
В современной физике есть одно понятие, которое играет чрезвычайно важную роль в понимании окружающего нас мира. Это понятие энтропии. Дело в том, что в ходе различных природных процессов все виды энергии постепенно переходят в тепловую, а она рассеивается и теряет способность производить какую-либо работу — обесценивается. Рассеяние энергии ведет к затуханию физических процессов. Степень этого рассеяния и измеряется величиной энтропии. Во всех природных процессах энтропия накапливается, и ее значение является как бы мерой рассеяния энергии, ее омертвлениям.
В определенном смысле накоплению энтропии противостоит разумная деятельность человека, в ходе которой он создает маловероятные состояния, которые не могли бы сами собой появиться в результате течения природных процессов. Образно можно сказать, что вся практическая деятельность людей — это постоянная борьба с энтропией. И в этой борьбе чрезвычайно важную роль играет информация.
Чем более глубокой и разносторонней информацией; располагает человек, тем более сложные практические задачи может он решить. А значит, одной из важнейших проблем, стоящих перед человеком, является всемерное расширение той области природных явлений, откуда черпается информация об окружающем мире. И это одна из тех причин, которые обусловили необходимость дальнейшего развития астрофизических исследований.
Об астрономии написано немало. Однако лицо этой науки, особенно в последние годы, стремительно меняется. Классическая астрономия с ее определением положений и изучением движений небесных светил в значительной мере уступила место астрофизике. В свою очередь, буквально на наших глазах, значительные изменения претерпела и астрофизика. Если еще сравнительно недавно ее главной задачей было изучение физических характеристик космических объектов, определяющих их современное состояние, то сейчас на первый план выдвинулось исследование их истории, их предшествующих состояний, закономерностей их возникновения и развития. Астрофизика превратилась в эволюционную науку.
В какой-то мере необходимость подобного подхода явилась результатом осознания того фундаментального факта, что мы живем в изменяющейся Вселенной, прошлое которой отличается от ее современного состояния, а современное — от будущего. Знание эволюционных законов позволит человеку прогнозировать будущие состояния космических объектов и заранее выявлять возможные изменения космической среды, затрагивающие область непосредственного обитания земной цивилизации. А масштабы этой области по мере освоения космоса, судя по всему, будут расти.
Есть и еще одно обстоятельство, которое выдвигает астрофизику на самые передовые позиции. Когда люди осваивали земную среду своего обитания, свою собственную планету, то при этом огромную роль сыграл комплекс географических и геофизических наук.
С выходом человека в космос, с осознанием того, что средой нашего обитания по сути дела является вся наша Вселенная, необходима наука, которая исследовала бы состояние космической среды, те физические процессы, которые в ней протекают, те изменения, которые в ней происходят. Такой наукой и является астрофизика.
Таким образом, астрофизика не только способна питать новыми идеями, почерпнутыми в лаборатории Вселенной, физику и смежные с ней науки — в перспективе она должна стать теорией той среды, в которой со временем будет развертываться непосредственная практическая деятельность человечества.
Именно этими обстоятельствами и был обусловлен прогноз академика Арцимовича, который отвел астрофизике ведущее место в естествознании обозримого будущего.
Все это, вместе взятое, привлекает сегодня к науке о Вселенной особое внимание не только специалистов, но и самых широких кругов людей.
Глава I. От астрономии оптической к астрономии всеволновой
Научное оружие астрономов
Возможно, вам приходилось обращать внимание на одно любопытное обстоятельство. Когда в научных или серьезных научно-популярных изданиях появляются сообщения об открытии нового космического объекта или явления, они обычно излагаются в предположительной форме: «можно думать», «вероятно», «есть основания предполагать» и т. п. В чем дело? Не слишком ли ученые осторожны, не занимаются ли они своего рода перестраховкой?
Такова уж специфика работы исследователей Вселенной! Им нередко приходится сталкиваться с неопределенностями. Эти неопределенности возникают потому, что причины тех или иных наблюдаемых космических явлений могут быть в принципе истолкованы по-разному.
Конечно, с подобными ситуациями сталкиваются и физики, и химики, и биологи. Но астрономам проверить, какое объяснение ближе к истине, значительно сложнее. Это связано прежде всего с тем, что объекты, интересующие исследователей Вселенной, расположены на огромных удалениях от Земли.
Лишь в последние годы, благодаря применению космических аппаратов, появилась возможность доставлять измерительную аппаратуру непосредственно на поверхность Луны и ближайших планет Солнечной системы. Все же остальные космические объекты приходится изучать на расстоянии. Астрономия — наука дистанционная. Основным ее методом является исследование различных излучений, приходящих на Землю из космических глубин…
По вечерам многие занимают место у экранов телевизоров. Телевизионный приемник дает возможность увидеть события, происходящие в разных уголках планеты. Вас часто отделяют от передающих станций сотни и тысячи километров. Но ваши телевизионные приемники связаны с этими станциями невидимыми электромагнитными волнами. В специально преобразованном, как говорят физики, закодированном виде, они несут с собой «видеосигналы» и звуковое сопровождение: голос диктора, музыку, пение.
Электромагнитные волны могут быть носителями различной информации: телеграфных сигналов азбуки Морзе, звуков человеческой речи, музыки, изображений, команд управления на расстоянии приборами и механизмами или сообщений о показаниях измерительной аппаратуры, как это, например, имеет место при передаче научных сведений с искусственных спутников Земли и автоматических межпланетных станций.
Вложить информацию в электромагнитное излучение может не только человек — это делает и сама природа. Космические тела являются источниками всевозможных электромагнитных волн. Свойства этих волн тесно связаны с источниками излучения, с их природой и физическим состоянием, с протекающими на них процессами.
Но для того, чтобы воспользоваться этой богатейшей информацией, необходимо, во-первых, уловить и зарегистрировать интересующее нас космическое излучение, а во-вторых, разгадать тот код, с помощью которого природа зашифровала свои тайны…
Первым вестником космических миров был видимый свет. Однако свет — не единственный вестник Вселенной. Космическое пространство пронизано самыми различными излучениями и физическими полями. Это и электромагнитные волны и потоки элементарных частиц, магнитные и гравитационные поля. Они несут разнообразнейшую информацию о физических процессах в космосе.
Электромагнитные излучения в зависимости от длины волны обладают весьма разнообразными свойствами. Самые длинноволновые излучения — радиоволны. К ним примыкает более коротковолновый инфракрасный диапазон. Далее располагается видимый свет, а за ним ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.
Световые кванты обладают энергией от 2 до 3 электрон-вольт[1]). Энергия квантов инфракрасного излучения составляет десятые и сотые доли электронвольта, а субмиллиметровых радиоволн — сотые и тысячные доли.
Что же касается излучений более высокочастотных, чем видимый свет, то по мере увеличения частоты и соответственно уменьшения длины волны их энергия заметно возрастает. У квантов ультрафиолетового излучения она лежит в пределах от 10 эВ до 0,1 кэВ, а рентгеновского — от 0,1 кэВ до сотен кэВ. Энергией в сотни и более кэВ обладают кванты гамма-излучения. При этом различают гамма-кванты малых энергий от 0,1 МэВ до десятка МэВ, высоких энергий — до нескольких ГэВ и сверхвысоких энергий — вплоть до 1012 эВ и даже выше[2].
Природа так устроила человека, что у него нет органов чувств, способных воспринимать (за исключением видимого света) все эти излучения и различные физические поля, И в этом, видимо, есть глубокий смысл. Вспомним хотя бы, какие неприятности доставляют нам всевозможные шумы, сопровождающие жизнь современного общества. А если бы мы воспринимали шумы не только звуковые, а магнитные, гравитационные, нейтринные и т. д. и т. п.? Наше существование, вероятно, превратилось бы в сплошной ад. Так что природа поступила мудро, оградив нас от подобных неприятностей. К тому же значительная часть космических излучений задерживается воздушной оболочкой Земли и до поверхности нашей планеты не доходит. На рис. 1 показано, до каких высот могут проникать различные излучения в земной атмосфере. Но знать, что несут с собой эти шумы и различные виды излучений, ученым просто необходимо. И когда во второй половине XX в. были созданы необходимые научно-технические предпосылки, исследователи Вселенной не преминули этим воспользоваться. Сперва возникла радиоастрономия, а с появлением космических аппаратов, способных выносить измерительные приборы за пределы плотных слоев земной атмосферы, астрономия стала стремительно превращаться во всеволновую науку. Неизмеримо расширились объем и разнообразие информации о космических явлениях. А это означало, что не за горами новые интересные открытия. И они не заставили долго себя ждать.
Астрономы «смотрят» на небо
Человек начал изучать Вселенную с того, что видел на небе. И на протяжении многих веков астрономия оставалась чисто оптической наукой.
Наш глаз — весьма совершенный оптический прибор, созданный природой. Он способен улавливать даже отдельные кванты света. С помощью зрения человек воспринимает более 80 % информации о внешнем мире. И все же возможности человеческого глаза во многом ограничены. Поэтому знания о Вселенной значительно расширились и углубились, когда на помощь глазу астронома-наблюдателя пришел телескоп, который и по сей день остается основным инструментом исследователей Вселенной.
Телескоп — прибор, собирающий свет далеких небесных тел. Чем больше площадь объектива телескопа, тем большее количество света он собирает. Даже простейший телескоп Галилея собирал в 144 раза больше света, чем глаз, а современные гигантские телескопы собирают света в сотни тысяч и миллионы раз больше нашего глаза. Самым крупным из них является созданный советскими учеными 6-метровый зеркальный телескоп Специальной астрофизической обсерватории (САО) АН СССР на Северном Кавказе.
Вторая функция телескопа состоит в том, что он позволяет различить мелкие детали изучаемых объектов или увидеть раздельно сливающиеся для глаза объекты. Чем меньше угловые размеры этих деталей (чем ближе друг к другу объекты), тем выше разрешающая способность данного инструмента.
Разрешающая способность оптического телескопа определяется отношением λ/D, где λ — длина волны принимаемого излучения, a D — диаметр входного отверстия инструмента.
Реальная же разрешающая способность значительно ниже теоретически возможной. Это объясняется тем, что вихревые движения в атмосфере, воздействуя на проходящие сквозь нее световые лучи, искажают изображение.
Вполне возможно, что телескопы недалекого будущего станут еще более крупными и диаметр их зеркал достигнет 10 метров. Обсуждается даже проект телескопа с 25-метровым зеркалом.
Однако существует еще один путь, который может оказаться и более эффективным и более экономичным. Дело в том, что современная электронно-вычислительная техника позволяет не только регистрировать сигналы, принимаемые оптическими телескопами, но и синтезировать такие сигналы от нескольких инструментов. Поэтому не исключено, что телескопостроители в будущем отдадут предпочтение не телескопам с гигантскими зеркалами, а многозеркальным системам, состоящим из нескольких инструментов с зеркалами средних размеров.
Но, пожалуй, самые большие надежды астрономы возлагают на орбитальные телескопы, которые предполагается выводить на космические орбиты, за пределы плотных слоев земной атмосферы. Такие инструменты будут обладать перед своими наземными собратьями по меньшей мере двумя ценнейшими преимуществами. Во-первых, орбитальным телескопическим наблюдениям не будет мешать атмосфера, размывающая изображения, а во-вторых, на космических высотах значительно снизится фон свечения ночного неба. Оба эти обстоятельства, вместе взятые, позволят наблюдать очень слабые оптические объекты, недоступные наземным обсерваториям.
Второй вестник Вселенной
В самом начале этой книги упоминалось об открытии, оказавшемся большой неожиданностью для исследователей Вселенной, — открытии квазаров. Спустя несколько лет автор этого открытия, малоизвестный до того голландский астроном М. Шмидт, работавший в США, с некоторой грустью говорил:
— Каждому ученому в жизни, в среднем, в лучшем случае удается совершить одно значительное открытие. Я свое уже совершил…
Многие историки науки склонны считать, что нередко в больших научных открытиях, особенно наблюдательных и экспериментальных, присутствует известный элемент везения. Определенный резон в подобных утверждениях, видимо, есть. Сами по себе открытия всегда неожиданны, иначе они не были бы открытиями. Но возникают они не на пустом месте: их подготавливает весь предшествующий ход развития науки и, прежде всего, совершенствование методов научных исследований. Открытия назревают! Если воспользоваться расхожим выражением — они носятся в воздухе. И тогда разыгрывается невидимая лотерея: кто первый? Хотя, разумеется, в отличие от обычных лотерей, здесь одного везения недостаточно — нужны наблюдательность, настойчивость, способность увидеть в обычном необычное, наконец, дерзость мысли, позволяющая сделать иногда весьма неожиданные выводы. Сто человек могут располагать всей необходимой для открытия информацией, но девяносто девять из них пройдут мимо…
Шмидту тоже в известной степени повезло. Повезло в том, что конец 50-х и начало 60-х годов стали периодом бурного расцвета радиоастрономии. Исследователи Вселенной интенсивно осваивали новый канал для получения информации о космических процессах. Радионаблюдения не только помогли обнаружить во Вселенной неизвестные ранее явления — они указали на удивительные свойства некоторых уже известных по оптическим наблюдениям космических объектов, до этого считавшихся обычными и потому не привлекавших внимание астрономов.
Таковы были обстоятельства, предопределившие возможность открытия квазаров. Мало обладать теми или иными способностями. Надо еще чтобы время подготовило необходимые условия для их успешного применения. Вот что скрывается за «фасадом» везения в науке…
Но почему радионаблюдения Вселенной не проводились раньше? Ведь в земной атмосфере наряду с «оптическим окном прозрачности» существует и «радиоокно».
Использовать это окно очень долгое время не удавалось, потому что космическое радиоизлучение по сравнению со световыми лучами несет с собой ничтожную энергию. И уловить его можно лишь при помощи чрезвычайно чувствительных приемников радиоволн. Однажды в обсерватории Кембриджского университета в Англии была организована выставка, посвященная радиоастрономии. Одним из экспонатов этой выставки служил обыкновенный стол, на котором лежала кипа бумажных листков. Посетителям предлагалось взять один из листков. Сделав это, он мог прочитать на нем следующие слова: «Взяв со стола эту бумажку, вы затратили больше энергии, чем радиотелескопы всего мира приняли за всю историю радиоастрономии».
Впервые радиосигналы космического происхождения были приняты еще в 1931 г. американским инженером К. Янским. Они шли из области Млечного Пути. Однако для дальнейшего развития радиоастрономии требовались соответствующие технические средства. А в начале 30-х годов таких средств не было. Они появились только в следующем десятилетии.
После окончания второй мировой войны радиоастрономмия стала бурно развиваться. И в этом нет ничего удивительного, потому что радиоволны в качестве «вестника космических миров» обладают целым рядом замечательных свойств. Так, они могут свободно проникать сквозь пыль, облака, межзвездную среду — там, где видимый свет пройти не может. Благодаря этому космические радиоволны позволили ученым заглянуть в самые потаенные уголки Вселенной, недоступные обычным телескопам.
Но, пожалуй, самое главное состоит в том, что радиоволны приносят сведения о бурных физических процессах, протекающих в космосе. Именно благодаря радионаблюдениям были открыты так называемые нестационарные явления, во многом изменившие наши представления о Вселенной.
Уже давно было известно, что любой космический объект, — будь то галактика, звезда, планета или туманность, — если только его температура выше абсолютного нуля, должен излучать электромагнитные волны — так называемое тепловое радиоизлучение. Это излучение порождается тепловым движением частиц излучающего тела.
Интенсивность теплового излучения различна в разных участках спектра в зависимости от степени нагретости тела — его температуры. Распределение излучаемой нагретым телом энергии по всему электромагнитному спектру характеризуется функцией Планка, отражающей зависимость интенсивности излучения от длины волны тел, нагретых до определенной температуры. Из сравнения кривых Планка для тел с разной температурой видно, что с уменьшением температуры тела падает общая интенсивность излучения, а максимум интенсивности смещается в сторону более длинных волн. Раскаленные тела излучают много света и тепла, но энергия излучения в радиодиапазоне у них невелика. Слабо нагретые тела, например, живые организмы, излучают главным образом в инфракрасной области. Поэтому живые существа, в том числе человек, являются весьма маломощными «радиостанциями», их радиоизлучение может быть обнаружено только с помощью высокочувствительных лабораторных радиоприемных устройств…
Одна из заманчивых особенностей исследований, проводимых в лаборатории Вселенной, — возможность обнаружения большого числа непредсказуемых эффектов, т. е. таких явлений, которые нельзя было предвидеть путем логических выводов на основе существующего знания. В этом отношении современная астрономия значительно опережает другие естественные науки. Именно такая «неожиданность» и произошла при изучении Крабовидной туманности, расположенной в созвездии Тельца. В 1949 г. радиоастрономы обнаружили, что Крабовидная туманность является чрезвычайно мощным источником нетеплового радиоизлучения. Изучение этого явления привело ученых к открытию очень важного механизма, порождающего электромагнитное излучение многих космических объектов.
Согласно законам физики, заряженные частицы, в том числе электроны, в магнитном поле должны двигаться вдоль направления поля по винтовым траекториям, как бы накручиваясь на магнитные силовые линии. Можно сказать, что под воздействием внешнего магнитного поля траектория движения электрона искривляется в соответствии с хорошо известным каждому школьнику правилом левой руки. И чем больше напряженность магнитного поля, тем меньше радиус витка такой спирали. А частица, движущаяся по криволинейной траектории, должна отдавать свою энергию в виде электромагнитного излучения.
Поделиться книгой: