Айзек Азимов - Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых
Теперь появилась возможность работать с рентгеновскими лучами, поступающими прямо из космоса, и сразу же мог быть решен ряд проблем.
Например, спектр солнечной короны (его внешней атмосферы) обладал спектральными линиями, неотождествимыми с линиями известных элементов. Некоторые подумывали даже о том, что в солнечной короне существует неизвестный прежде элемент — «корониум».
Напротив, шведский физик Бенгт Эдлен (р. 1906) держался мнения, что названные линии — это атомы известных элементов, только находящихся в необычных состояниях: ведь солнечная корона имеет температуру 1 000 000 °C или выше.
Как же проверить, существует корониум или нет? Если Эдлен был прав, то сверхгорячая солнечная корона должна в изобилии посылать рентгеновские лучи, но в 1940 г. еще не было метода обнаружения этих лучей, даже если они и существовали.
С появлением ракет положение изменилось. В 1958 г. американский астроном Герберт Фридман использовал пуски шести ракет, которые поднимались высоко над атмосферой и были способны обнаружить рентгеновские лучи Солнца, если б таковые существовали. В самом деле, эти лучи были обнаружены, солнечная корона имела температуру, предсказанную Эдленом, спектральные линии были линиями обычных элементов, находившихся в очень необычных условиях, а корониума не существовало.
Однако излучение Солнцем рентгеновских лучей преувеличено. Эти рентгеновские лучи легко получить лишь потому, что Солнце расположено к нам очень близко. Даже самые близкие к нам звезды, звезды системы Альфы Центавра, находятся в 270 000 раз дальше, чем Солнце. Если бы интенсивность рентгеновского излучения одной из звезд системы Альфы Центавра равнялась солнечной, то дошедший до нас ее рентгеновский луч составил бы 1/70 000 000 000 долю энергии аналогичного луча Солнца и мы попросту не смогли бы его заметить. Рентгеновские лучи от звезд, ушедших еще дальше, имеют еще меньшую вероятность быть обнаруженными.
Отсюда следует, что если Вселенная состоит только из звезд, подобных Солнцу, то очень сомнительно, что теми видами регистрирующих систем, какими мы сегодня располагаем, могли бы обнаружить какой-то иной источник рентгеновского излучения, кроме нашего Солнца. Но, с другой стороны, если бы существовали какие-то особые звезды с рентгеновским излучением огромной интенсивности (какими, например, могли быть нейтронные звезды), то их бы обнаружили.
Теперь было чрезвычайно важно определить, какие рентгеновские источники, если таковые вообще существуют, могли быть в небе: ведь каждый такой источник означал возможность какого-то сюрприза.
В 1963 г. Фридман обнаруживает внесолнечный источник рентгеновского излучения, и в последующие годы открывается множество других подобных источников. В 1969 г., например, был запущен спутник Земли, который был специально предназначен для обнаружения рентгеновских источников. Он был запущен с побережья Кении в пятую годовщину провозглашения ее независимости и был назван «Ухуру», что на языке суахили означает «свобода». Спутник зарегистрировал 161 источник рентгеновского излучения, половина — за пределами нашей Галактики.
Это было одно из открытий, благодаря которым в 60-х годах астрономы начали осознавать, что Вселенная гораздо более неспокойное место, чем было принято думать. Кажущееся спокойствие и безмятежность ночного неба были обманчивы.
Одним из источников рентгеновского излучения в небе была Крабовидная туманность.
Для астрономов это не явилось неожиданностью. Если бы им пришлось выбирать точку неба, в которой можно обнаружить рентгеновское излучение, все до одного, несомненно, выбрали бы Крабовидную туманность. Во-первых, это был явный результат взрыва сверхновой — самого катастрофического события, могущего произойти со звездой. Во-вторых, взрыв этот был относительно близким и относительно недавним. Кроме того, огромное возмущение и быстрое расширение туманности были явным предвестником тех высоких температур, которые могли порождать рентгеновские лучи.
В сущности, там были два возможных источника рентгеновского излучения. Одним был быстро расширяющийся объем газа и пыли, составляющий собственно туманность, другим — маленькая горячая звезда в центре, остаток взрыва, который мог быть нейтронной звездой.
В 1964 г. Луна в своем движении по небу должна была пересечь Крабовидную туманность. Мало-помалу она должна была надвигаться на туманность.
Если рентгеновские лучи брали свое начало от горячих вихревых газов самой туманности, то по мере ее затмения Луной интенсивность их излучения снижалась бы постепенно, шаг за шагом. Если рентгеновские лучи в целом исходили из центра предполагаемой нейтронной звезды, то интенсивность излучения должна была ослабевать по мере того, как Луна заслоняла собой туманность, затем резко упасть в момент, когда она скроет маленькую звезду, и продолжить медленное ослабление по мере затмения остальной части туманности.
Когда подошло время затмения, была запущена ракета для регистрации рентгеновских лучей, но из полученной информации оказалось, что сила излучения снижалась равномерно. Никаких признаков внезапного падения. Надежды обнаружить нейтронную звезду не осталось. И все же не окончательно. Тот факт, что и центральная звезда, и окружающее ее газовое облако могли в равной мере служить рентгеновским источником, говорил о возможности перепутать две вещи. Если б только удалось найти что-нибудь, что могло бы характеризовать саму звезду, а не окружающие ее газы, загадка могла быть разрешена.
Но чем могло быть это «что-нибудь»? Ответ пришел, и совсем неожиданно.
Рентгеновские и гамма-лучи составляют высокоэнергетическую часть электромагнитного спектра. На другом его конце, конце низкой энергии, находятся радиоволны.
Радиоволны, в сущности, проницают атмосферу не более, чем рентгеновские лучи. Что касается радиоволн, то проблема здесь в верхнем слое атмосферы, богатом электрически заряженными частицами, — ионосфере. Ионосфера стремится отражать радиоволны так, что те из них, которые исходят от Земли и направлены вверх от нее, отражаются обратно на Землю. Равным образом радиоволны, поступающие от астрономических объектов, отражаются ионосферой в космос и никогда не попадают на земную поверхность.
Однако дело обстоит иначе с диапазоном самых коротких радиоволн — микроволи. Длина микроволн очень коротка сравнительно с радиоволнами («микро» по-гречески означает «короткий»), но она значительно больше, чем длина обычных световых волн или даже длина излучения в инфракрасном диапазоне.
Это сводится к тому, что в электромагнитном спектре есть две области, излучение в которых может, с небольшими потерями, проходить сквозь земную атмосферу. Первая — это видимая область света, вторая — микроволновый диапазон, причем последний значительно шире.
Мы знаем о существовании «окна света» с тех пор, как сами существуем, так как у нас есть глаза, способные чувствовать свет, и мы видим Солнце, Луну, планеты, звезды. Но микроволновое «окно» мы не можем обнаружить никаким естественным органом чувств, и мы стали понимать это только последние полвека.
Микроволновое «окно» было открыто совсем случайно американским радиоинженером Карлом Янским (1905–1950). Работая в компании «Белл Телефон», он пытался засечь постоянный источник помех, который примешивался к радиоприему. Приемное устройство Янского все время отмечало какое-то шипение, приходящее с неба. Казалось сначала, что это действие микроволн, приходящих от Солнца, но с течением времени источник шума удалялся все дальше от Солнца, и к 1932 г. Янский обнаружил, что источник этот находится в созвездии Стрельца. Теперь мы знаем, что сигналы эти приходили из центра Галактики.
Профессиональные астрономы не могли тотчас же последовать за открытием Янского, потому что в то время еще не было хорошо разработанных методов для обнаружения микроволн. Но один из радиолюбителей-энтузиастов — Грот Ребер (р. 1911), прослышав о сообщении Янского, соорудил в 1937 г. параболический детектор-антенну прямо у себя во дворе. (В то время ему было шестнадцать лет). Это был первый радиотелескоп, и с его помощью Ребер прочесывал небо в поисках отдельных радиоисточников. Так он сделал первую радиокарту неба.
Примерно в то же время шотландский физик Роберт Уатсон-Уатт (1892–1973) в числе других совершенствовал метод определения направления и расстояния невидимых объектов с использованием пучка микроволн. Микроволны должны были отражаться от объекта, и это отражение можно зарегистрировать. Направление, из которого пришли отраженные микроволны, указывало направление, в котором находился объект, а интервал времени между посылкой микроволнового луча и регистрацией его отражения давал расстояние до него. Этот метод получил название радара.
