Новое в астрофизике космических лучей

Астрофизика, или, точнее, астрономия, — одна из древнейших наук. Но она не стареет и особенно бурно развивается в последние годы. Недавно было сделано несколько важных, я бы даже сказал, потрясающих, открытий. Но прежде, чем рассказать о них, надо пояснить, чем вызван этот расцвет астрономии.

Астрономию до начала XVII века можно назвать «дотелескопной». В 1610 году Г. Галилей построил подзорную трубу и направил ее на небо. Так в астрономию вошел новый метод исследования пространства — с помощью телескопа. Даже то небольшое увеличение, которое давал первый телескоп, позволило Галилею увидеть горы на Луне, фазы Венеры и открыть четыре наиболее ярких спутника Юпитера.

Современные телескопы просматривают Вселенную на расстояние примерно в пять миллиардов световых лет. Это приблизительно половина радиуса Метагалактики. Как видите, со времен первого телескопа многое изменилось. Но еще сравнительно недавно так же, как и во времена Галилея, основным источником информации о космосе служило видимое излучение. А видим мы в очень узком участке спектра. Наши глаза воспринимают электромагнитные волны длиною 0,00004—0,00008 см. (Некоторые животные видят в более широком диапазоне длин волн.) С помощью приборов или фотографии можно «увидеть» также невидимые глазом ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Но и здесь возможности для наблюдений с земной поверхности ограничены в связи с влиянием атмосферы.

Дело в том, что атмосфера хорошо пропускает электромагнитные волны лишь в сравнительно узком «окне прозрачности» — 0,00003—0,0001 см. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны короче 0,00003 см и инфракрасное излучение с волнами длиннее 0,0001 см сильно поглощаются атмосферой.

Для астрономии последних лет характерно расширение спектра принимаемого излучения, включение в рассмотрение новых видов излучения, приходящих к нам из космоса. Именно это в первую очередь и привело к прогрессу астрономии в последние годы. Что же это за новые источники информации?

Радиоастрономия начала развиваться с 1945 года, хотя первые шаги в этой области были сделаны еще в 1932 году. В радиоастрономии в основном используются волны в диапазоне от сантиметров до нескольких метров, но могут применяться и более длинные волны — с длиной волны до сотен метров, дальше мешает ионосфера. (Она сильно влияет на волны длиннее 20—30 м). Если аппаратуру, принимающую излучение, поднять на спутнике за пределы ионосферы, можно принимать радиоволны длиною до двух-трех километров.

Методами радиоастрономии мы можем исследовать широкий спектр приходящего из космоса излучения. Есть такая мера ширины спектра — «октава». Так вот, если видимый спектр имеет ширину в одну октаву (длина волны меняется в два раза), то в радиоастрономии мы принимаем спектр шириной в 17—18 октав. Понятно, что, изучая такой широкий спектр, мы получаем богатую информацию о космосе.

Следующий канал информации — космические лучи, то есть быстрые заряженные частицы, которые попадают к нам на Землю из космоса. Сейчас начинает зарождаться гамма-астрономия, в ней используется самое «жесткое» электромагнитное излучение с длиной волны меньше десятимиллиардной доли сантиметра, то есть меньше сотой части ангстрема. Пока был проведен всего один опыт, так как экспериментирование в этой области связано с большими трудностями: аппаратуру приходится поднимать на спутнике за пределы атмосферы.

Хотя гамма-астрономия находится пока еще в младенческом возрасте, физики уже разрабатывают методы нейтринной астрономии, то есть методы исследования окружающего нас пространства с помощью нейтральных частичек — нейтрино.

Различные методы исследования позволяют посмотреть на одно и то же явление или объект с разных сторон и получить сведения о совершенно разных областях этого объекта. Они не дублируют друг друга. Особенно хорошо это можно показать на примере Солнца.

Солнце представляет собой раскаленный газовый шар. Мы видим так называемую фотосферу — область, испускающую видимое излучение. Но существуют еще внешние области Солнца (корона), которые столь прозрачны в оптическом отношении, что мы их обычно не видим. Корону без особого труда можно видеть только во время полных солнечных затмений. В диапазоне же метровых радиоволн все излучение приходит от короны. (Температура короны равна примерно одному миллиону градусов, а температура фотосферы — «всего» 6 000°).

Если на Солнце появляются пятна, его светимость меняется незначительно (без приборов вы даже не заметите этого изменения). Радиояркость же при появлении пятен меняется иногда в миллионы раз. Происходит это потому, что основной источник радиоволн, идущих от Солнца, корона. Она представляет собой очень разреженный ионизированный газ. Когда что-то происходит на Солнце, это сильно воздействует на корону.

Излучения, исходящего из внутренних областей Солнца, мы не видим. Нейтринная астрономия позволит «увидеть» центральную, самую горячую часть Солнца, ту область, где идут ядерные реакции. Так различные методы исследования, дополняя друг друга, расширяют границы наших знаний об окружающем мире.

Теперь я расскажу об открытиях последних лёт. Все космонавты, возвращаясь на Землю, рассказывали, что небо черное. Но если бы они смотрели на него через «радиоочки», то видели бы светлое небо. На волне 15 метров небо сияет с яркостью, достигающей 100 000°, а на волне 30 метров небо даже ярче солнечной короны, которая, как известно, имеет температуру 1 000 000°. Черное пятно на светлом фоне — так воспринимается на этой волне Солнце; оно загораживает мощное радиоизлучение неба.

Наше Солнце — мощный источник радиоволн. Но в радиодиапазоне, кроме Солнца, мы видим еще два мощных источника радиоволн. Один из них в созвездии Кассиопеи, другой — в созвездии Лебедя. Яркость этих источников сравнима с яркостью Солнца, то есть в радиодиапазоне мы видим три «солнца». Оба эти источника радиоизлучения были открыты в 1948 году (впрочем, менее уверенно радиоисточник в Лебеде наблюдался с 1946 года). Когда стали смотреть на хорошие снимки тех участков неба, где находились эти источники, ничего не увидели. Думали, что открыли новый тип астрономических объектов, но оказалось, что это не так. Были сделаны специальные фотографии на лучших инструментах. При этом в Кассиопее была открыта оболочка сверхновой звезды, вспыхнувшей в нашей Галактике 250 лет назад, а в Лебеде — далекая галактика, которая находится от нас на расстоянии 660 миллионов световых лет.

Что такое, сверхновая звезда? Это взрыв (вспышка) звезды. Такие взрывы происходят в нашей галактической системе (наша галактическая система насчитывает 100 миллиардов звезд) примерно раз в сто лет.

Название «сверхновая» не совсем удачное. Иногда наблюдается, что яркость звезды неожиданно возрастает в миллионы раз. Тогда говорят, что вспыхнула «новая» звезда. Если яркость звезды возросла в миллиарды раз, говорят, что вспыхнула «сверхновая» звезда. Такая звезда может оказаться даже ярче той галактики, в которой произошла ее вспышка. Например, наблюдают некоторую галактику. Затем ее яркость возросла раза в два. Тогда можно с уверенностью сказать, что в галактике вспыхнула сверхновая звезда.

Продолжение следует.

Автор: В. Гинзбург.