Вы здесь

Астрономия невидимого. Часть 4/4.

Астрономия невидимого

Величайшим достижением радиоастрономии является обнаружение этого заполняющего всю Вселенную излучения, по справедливости получившего название «реликтового». Подобно тому, как среди живущих на Земле видов животных и растений попадаются «живые анахронизмы» — представители фауны и флоры давно прошедших эпох (например, кенгуру, папоротники и прочие реликты), это излучение — наблюдаемый остаток давно прошедшего состояния Вселенной, когда в ней еще не было галактик и звезд, а был только горячий газ и заполняющее весь мир излучение. Это открытие было сделано 12 лет тому назад. Оказалось, что на радиоволнах сантиметрового и миллиметрового диапазонов все небо излучает одинаково по всем направлениям. Спектральный состав этого излучения соответствует телу, нагретому до температуры 2,7 градуса абсолютной шкалы Кельвина. Максимальная интенсивность приходится на длину волны около одного миллиметра. Значение этого открытия состоит прежде всего в том, что оно дало возможность изучать Вселенную, когда она была в десятки тысяч раз «моложе», чем сейчас, и совершенно не похожа на нынешнюю. Вселенная имеет историю, она под действием внутренних причин непрерывно развивается и, конечно, усложняется. Ибо сейчас Вселенная неизмеримо богаче и сложнее, чем это было в ту отдаленную эпоху. Например, тогда вещество еще не имело того богатого химического состава, как сейчас. Элементы, отличные от водорода и гелия, образовались в недрах звезд значительно позже. Не следует также забывать, что и жизнь во Вселенной могла возникнуть только после образования тяжелых элементов.

Парадоксально, что мы знаем сейчас о той отдаленной от нас эпохи, когда образовалось «реликтовое» излучение, значительно больше, чем об условиях образования нашей Солнечной системы и, в частности, Земли, хотя это весьма важное событие произошло не так уж давно: всего «каких-нибудь» пять миллиардов лет тому назад, когда размеры Вселенной были раза в два меньше современных. Это хороший пример тому, что наука развивается неравномерно, что прогресс наших знаний идет на «прорыве» в неизвестное.

Исследование спектральных линий - астрорадиоспектроскопия

Одно из важнейших направлений в радиоастрономии может быть названо «астрорадиоспектроскопия». Речь идет об исследовании различных спектральных линий, длины волн которых находятся в радиодиапазоне. Чаще всего эти линии наблюдаются в отдельных облаках весьма резреженной межзвездной среды, всестороннее изучение которой в последние годы приобрело особенно большое значение. Самая «знаменитая» радиолиния имеет длину волны 21 см и принадлежит водороду. Так как водород является наиболее обильным элементом во Вселенной, изучение этой линии дает весьма ценную информацию, относящуюся ко всей нашей звездной системе — Галактике. Изучение этой линии позволяет выяснить температуру межзвездной среды, ее плотность и характер движения облаков межзвездного газа.

Наряду с атомами в межзвездном газе содержатся молекулы. Многие из них излучают радиолинии, которые успешно наблюдаются. Неожиданностью было открытие в межзвездном пространстве сложных, многоатомных молекул, например, муравьиной кислоты, этилового и метилового спиртов и ряда других. Исследование радиолиний от молекул открывает уникальную возможность изучения изотопного состава вещества во Вселенной. Именно таким образом впервые был обнаружен межзвездный дейтерий — тяжелый водород, у которого радиолиния имеет длину волны около 92 см. Оказалось, что в межзвездной среде на каждые сто тысяч атомов обычного водорода приходится один атом тяжелого. Это открытие имеет довольно неожиданные последствия. Дело в том, что дейтерий никак не может образовываться в недрах звезд. Уже при довольно «умеренной» температуре в несколько миллионов градусов происходят ядерные реакции, ведущие к разрушению ядер дейтерия. Поэтому так же, как и обычный водород, дейтерий должен иметь «реликтовое» происхождение. Оказывается, что ядерные реакции, при которых синтезировался дейтерий, должны были происходить тогда, когда температура Вселенной была несколько миллиардов градусов, а возраст — всего лишь около 10 минут! Вот куда могут заглянуть «глаза» радиотелескопов...

Особое место в космической радиоспектроскопии занимают исследования линий молекулы гидроксила ОН, длины волн которых (их всего четыре) около 18 см. Дело в том, что на этой волне совершенно неожиданно были обнаружены ярчайшие, очень маленькие источники, обычно находящиеся в газовых туманностях. Выяснилось, что эти источники работают по тому же принципу, что и лазеры— квантовые генераторы электромагнитных волн в видимом диапазоне спектра. Для радиодиапазона такие источники называют мазерами. Кроме того, примерно в тех же местах неба были обнаружены очень яркие источники в линии водяного пара Н2O с длиной волны 1,35 см, имеющие ту же природу. Таким образом, оказалось, что природа реализует в естественных условиях прибор, являющийся в наши дни символом переживаемой человечеством научнотехнической революции! Всего любопытнее то, что эти удивительные источники находятся в непосредственной близости от областей Галактики, где по всем данным происходит пока еще во многом загадочный процесс образования молодых звезд из межзвездной газовой среды. Таким образом, радиоастрономия совершенно неожиданно оказалась мощным средством изучения этой давно уже ставшей классической проблемы.

Пульсары - важное открытие человечества

Перечисляя выдающиеся достижения радиоастрономии за последние 10—15 лет, нельзя умолчать об открытии, взволновавшем человечество 10 лет тому назад. Речь идет об открытии пульсаров. Этот совершенно необычный класс радиоисточников характерен строгой периодичностью радиосигналов. Самый короткий из известных периодов близок к 1/30 секунды, самый длинный — около 4 секунд. Исследования показали, что пульсары — это очень быстро вращающиеся нейтронные звезды, причем период вращения совпадает с наблюдаемой периодичностью радиоимпульсов. Что же такое нейтронная звезда? Представьте себе наше Солнце, сжатое до размеров около 10 км. Так как радиус Солнца близок к 700 000 км, а его средняя плотность равна 1,4 г/см3, то средняя плотность 10-километрового шара — нейтронной звезды — будет близка к 1015 г/см3. Это — чудовищно большая величина, близкая к плотности вещества атомного ядра.

Нейтронные звезды, как закономерный конец эволюции некоторых звезд, были теоретически предсказаны свыше 40 лет тому назад. В оптических лучах эти звезды (за одним важным исключением) обнаружить невозможно. Только методы современной радиоастрономии позволили в наши дни обнаружить нейтронные звезды — мечту двух поколений физиков и астрономов всего мира. Это — одно из величайших открытий в астрономии и физике XX века, столь богатого выдающимися достижениями науки.

© И. Шкловский. ООО НПП ОО "Бюро Квантум".


Эта статья состоит из нескольких частей. Другие части: