Анатолий Томилин - Занимательно об астрономии
Внимательный читатель, конечно, уже давно догадался, к чему клонится весь разговор. Тесно астрономии на Земле. В непрерывной погоне за информацией человечество с вожделением смотрит на ракеты. И примеряет астрономические инструменты к космосу. Забрасывает их на высоту в 20 километров на аэростатах.
Кстати, наши астрономические приборы уже не один раз поднимались на свидание с Солнцем и каждый раз благополучно возвращались на парашюте домой. Всего 20 километров вверх, а картина совершенно иная. И меняется не только вид небесных тел, но и спектр принимаемых электромагнитных колебаний по мере удаления от поверхности Земли становится все богаче и богаче.
Пожалуй, ракетная астрономия — это был бы выход. Нет помех атмосферы — раз. Не мешает сила тяжести — два. А главное — сколько новых источников информации: ультрафиолетовое излучение, рентгеновы лучи, гамма-лучи. Как же обстоят дела с этой гениальной идеей?
Говорить о принципе действия современных ракет вряд ли стоит. В общих чертах он слишком прост. А в деталях настолько секретен, что наивно предполагать увидеть книжку с подробным его описанием на прилавках магазинов.
Скажем лучше так: с запуском первого советского искусственного спутника, прокричавшего из заатмосферного пространства свое «бип-бип», началась эра изучения космоса из космоса (правда, еще в большей степени Земли из космоса, при этом с разными целями, но нас интересует только космос).
Перечислить научные задачи, которые ставятся перед каждым искусственным спутником, поистине невозможно. Ученые всех профессий хищно набрасываются на план очередного запуска, стараясь всеми правдами и неправдами протолкнуть побольше своих приборов. Увы, пока ИСЗ (так сокращенно обозначают искусственные спутники Земли) не обладают вместимостью парохода. А ведь и на этот вид транспорта достать билеты не всегда удается. Оставшимся за бортом приходится ждать следующего. Потом еще раз следующего. Космос моден. И потому сразу понадобился всем без исключения. Это и заставляет забрасывать в пространство все новые и новые спутники.
За несколько лет в пространство, окружающее нашу планету, уже выброшено такое количество железа, что, если бы все его собрать вместе, получилась бы неплохая космическая станция с обсерваторией и всеми удобствами, рассчитанная на экипаж из всех побывавших за пределами атмосферы космонавтов. По данным на август 1969 года, только Советский Союз запустил в околоземное пространство более 290 спутников серии «Космос», это не считая других серий, в том числе «Полет», «Электрон», «Протон», «Молния», автоматических межпланетных станций и космических кораблей разных типов. Вряд ли следует ожидать, что наши соперники — американцы уступят нам в этом.
Однако вывести на орбиту астрономическую обсерваторию, снабженную телескопом, и организовать получение и передачу информации на Земле задача довольно сложная даже для современной техники. Известно, что запуск первой орбитальной астрономической обсерватории, произведенный американцами в апреле 1966 года, постигла неудача. Четыре восьмидюймовых и один шестнадцатидюймовый рефлекторы грохнулись на Землю, превратившись в металлолом.
Трудностей много. Например, обеспечение точной работы механизма слежения. Главная задача его — выдержать неизменным направление телескопа на выбранный объект. Не следует забывать, что даже за пределами большей части атмосферы для фотографий понадобится экспозиция. И чем звезда слабее, тем выдержка должна быть больше. Если же при этом наша обсерватория станет дергаться в разные стороны, то результат будет примерно таким, как если бы вы снимали танцующих твист в полумраке новогоднего бала.
Кроме того, ракетная астрономия не ограничивает себя объемом информации, получаемой уже известными нам способами, то есть информацией, полученной в диапазонах спектра: в видимых лучах, в инфракрасном излучении и радиоволнах. Выход за атмосферу открывает вторую половину спектра электромагнитных колебаний: ультрафиолетовое излучение, рентгеновское, наконец, гамма-лучи.
В 1962 году в космосе был обнаружен первый таинственный источник рентгеновского излучения: не звезда и не туманность. Источник ни на что известное не был похож. А сегодня их открыли уже более десятка.
Недавно пришла первая победа — в июне 1966 года самый мощный из этих таинственных «нечто» из созвездия Скорпиона удалось отождествить с быстро меняющейся звездой тринадцатой величины. Не исключено, что это остаток вспышки неизвестной звезды — «Новой», как обычно их называют. Утверждение не вполне достоверное, однако позволяющее сделать вывод о развитии совсем нового раздела древней науки — Рентгеновской астрономии.
Из космоса к нам приходят два типа излучения: нейтральные частицы — фотоны и нейтрино, и частицы, электрически заряженные, — электроны, протоны и т. д. Путь заряженных частиц сложен, они движутся по спиралям, навиваясь на силовые линии магнитных полей в Галактике. Поэтому определить их источник чрезвычайно трудно. Другое дело — нейтрино с колоссальной проникающей способностью. По траекториям движения можно будет проследить место их возникновения — так сказать, «родильный дом» материи. А это значит отыскать главный механизм вселенной.
Источник нейтрино — бурлящее плотное ядро звезды. Свет тоже рождается в ядре в виде высокоэнергичных квантов рентгеновского излучения. Но пока он проберется сквозь неимоверную толщу светила, мало того, что растеряет часть своей энергии, главное — пройдут миллионы лет. А шустрые нейтрино, едва появившись, сразу проскакивают всю глубину звезды, будто это пустынный тракт. В окуляре нейтринного телескопа наше Солнце казалось бы не диском, а крошечной огненной точкой. Спектры нейтрино снабдили бы астрономов сведениями о реакциях в самом центре Солнца из первых рук. Астрономы-экспериментаторы получили бы возможность проникнуть в недра звезд.
Это было бы интересное зрелище. Наблюдатели стали бы смотреть на Солнце не только тогда, когда оно стоит в зените, а когда между дневным светилом и наблюдателем — все тело матери Земли. Это избавило бы исследователей от посторонних помех, так как для нейтрино Земля — ничто!
Нейтринную астрофизику, пожалуй, пока еще ни одна наука не обошла по молодости. У нас в стране первые разговоры о ней начались 10 мая 1960 года, когда на заседании Астрономического совета Академии наук выступили с докладом два ведущих ученых — Б. М. Понтекорво и Д. А. Франк-Каменецкий. Правда, для создания нейтринной астрономии нужно сначала научиться ловить сами частицы.
К сожалению, поймать нейтрино пока почти не удается. И жадным физикам и алчным астрономам остается мечтать. Но они упрямы — эти физики с астрономами. И пока суд да дело, допрашивают фотоны, разгадывая древние тайны вселенной. И вот что из этого получается. Только сначала договоримся, что считать фотоном.
Примерно с десятого класса мы знаем о дуализме элементарных частиц — свойстве представать перед нами то в облике частицы-корпускулы, то в виде волны. Путь к объяснению этого феномена с позиций здравого смысла изрядно усеян терниями. Поэтому давайте просто примем к сведению, что «частицы суть волны». Это становится особенно ясно после того, как вы твердо усвоили, что «волны суть частицы».
А теперь, поняв главное, переведем длины волн спектра электромагнитных колебаний в энергии квантов (в энергии фотонов). Так мы получим их целый зверинец.
Фотоны очень высоких энергий (например, гамма-лучи, соответствующие энергиям 1012 электрон-вольт и выше) не должны нас интересовать вообще. Они слишком энергичны.
По подсчетам астрофизиков, предельное расстояние для путешествующих гамма-квантов с энергией 1012 электрон-вольт не превышает… миллиарда световых лет. В масштабах звездного мира это загородная прогулка.
Гамма же лучи более низких энергий без особых хлопот пролетают все 13 миллиардов световых лет, отделяющих солнечную систему от видимого «края» вселенной. И каждый такой путешественник-фотон — кладезь премудрости. Только сумей его расспросить, выпытать у него.
Не кажется ли вам, что мы стоим у колыбели еще одного астрономического «ребенка» — Гамма-астрономии? Очень жаль, если не кажется, потому что так оно и есть на самом деле. И первые успехи этого ребенка не заставили себя ждать.
Так мы с вами рассмотрели некоторые вопросы не только истории науки о звездах, но и самой астрономии. Познакомились (шапочно, только шапочно, как и предупреждал автор) с ее основными разделами, инструментами и даже некоторыми методами, поскольку иногда именно метод бывал виновен в возникновении раздела и настойчиво требовал специальных инструментов.
