Второе окно во Вселенную

Второе окно во Вселенную

Мы ошиблись в своих ожиданиях. Разносторонний ученый, в частности известный рядом работ в области радиоастрономии, член-корреспондент Академии наук СССР Виталий Лазаревич Гинзбург начал свой рассказ не с достижений астрономии, а обратился к физике.

— Ведь это родная мать радиоастрономии, — сказал он, — и все мы с волнением следим за ее успехами. Если говорить о будущем, то здесь проблемой № 1 является овладение термоядерными реакциями. Человечество научится не только взрывать водородные бомбы, но и регулировать выделяющуюся при термоядерных реакциях энергию. Осуществление медленной водородной реакции расщепления и синтеза легких атомных ядер на веки вечные решит проблему топлива.

Ну, а теперь о проблеме № 2. Она связана с астрономией и со множеством других наук, которые ей помогают. Решение этой проблемы начали советские ученые с триумфального события 1957 года. Я имею в виду запуск искусственного спутника Земли. Первые спутники начали свои полеты в Международном геофизическом году. В 2007 году, я уверен, вокруг Земли будет летать на разных высотах несколько спутников. Они обегают земной шар всего за полтора-два часа. Чем выше спутник, чем дальше он от Земли, тем медленнее движется он по небосклону. Особенно интересен будет спутник, находящийся от центра Земли на расстоянии около шести с половиной земных радиусов, то есть примерно в 40 тысячах километров от нас. Если его запустить над экватором в том же направлении, в каком вращается наша планета, и придать ему такую же угловую скорость вращения, как и у Земли, то наблюдатель на экваторе будет видеть спутник неподвижно висящим в одной точке небосвода. Это удобно для непрерывного наблюдения.

Скоро спутники будут использоваться для самых различных научно-технических целей — для метеонаблюдений, для ретрансляции, телевизионных передач и т. д. Спутник поможет еще раз проверить общую теорию относительности. Действительно ли время на быстро летящем предмете течет медленнее? Теперь это можно проверить на опыте.

Межпланетные, или, как их чаще называют, космические, ракеты будут бороздить нашу солнечную систему. Они позволят изучить Луну, Марс и его спутники, Венеру, Юпитер сначала с помощью разнообразных приборов, а потом и непосредственным участием астронавтов.

Солнце и звезды посылают на Землю и ультрафиолетовые и мягкие рентгеновские лучи. Но земная атмосфера, словно фильтр, задерживает мягкое рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, Приборы на спутнике исследуют такие излучения в «чистом» виде.

Астрономам важно знать яркость звездного неба, суммарную яркость созвездий. Но попробуйте определить ее точно, если само ночное небо, атмосфера до высоты в несколько сотен километров, светится. Значит, надо подняться еще выше. Так и сделают ученые в недалеком будущем, когда в самых верхних слоях атмосферы будут курсировать десятки спутников самого разнообразного назначения.

Сейчас в атмосфере три так называемых «окна прозрачности». Электромагнитные волны лучше всего проникают к нам в оптическом диапазоне: это видимые человеческим глазом лучи с длиной волны от четырех до восьми тысяч ангстрем,"от 4 до 8—10-тысячных миллиметра. Только в таких волнах мы изучали до последних лет всю Вселенную. Второе «окно прозрачности» в радиоволновом участке спектра гораздо шире. Наша атмосфера прозрачна для радиоволн начиная с двух сантиметров и примерно до ста метров. Хорошо проходят сквозь нее и восьмимиллиметровые волны. Для всех остальных участков спектра электромагнитных колебаний наша атмосфера непрозрачна. Но если подняться на спутнике с радиоаппаратурой, можно принимать радиоволны гораздо большей длины. С помощью спутников можно изучать и ультрафиолетовое излучение небесных тел.

Третье «окно» — для жесткого излучения, приходящего из космоса. Это космические лучи.

В течение многих тысячелетей люди смотрели с Земли в бездны Вселенной только сквозь узкое «оптическое окно». Пришла пора использовать для этого и второе, более широкое «радиоокно». И сегодня мы уже убежденно можем сказать, что через него открываются новые, несравненно более широкие дали, чем через «окно оптическое».

Но, конечно, наши радиоастрономы еще едва-едва выглянули через это окно.

Ведь радиоастрономия — одна из самых молодых наук нашего времени. Развиваться она начала, по существу, только после второй мировой войны. За этот короткий срок через «радиоокно прозрачности» были получены такие сведения о Вселенной, которые другим путем получить невозможно. Радиоастрономия не заменила собой оптическую астрономию, а наоборот, помогла ей, заглянула в такие области, увидела то, чего не увидишь даже в самые сильные телескопы.

Возьмем наше Солнце. Это плотный газовый шар. Над ним огромная раскаленная атмосфера — солнечная корона. Температура ее — миллионы градусов, а оптическая яркость сравнительно невелика — всего несколько миллионных долей от яркости Солнца. Корона сама по себе светит примерно так же, как Луна в полнолуние. Обычным, оптическим методом всю солнечную корону можно изучать лишь во время полного солнечного затмения, когда слепящий диск Солнца закрыт Луной. Наблюдать затмения удается довольно редко, длятся они считанные минуты, и ясно, что таким способом нельзя получить полные сведения о короне. Иное дело — радиоастрономический метод. Все радиоизлучение Солнца на метровых волнах идет от короны. Удалось проследить, что атмосфера Солнца раскинулась примерно на десять-двадцать радиусов вокруг этой самой близкой к нам звезды. Эта колоссальная атмосфера занимает значительную часть расстояния между Солнцем и Землей.

Изучая радиоизлучение нашей Галактики — гигантской звездной системы — астрономы убедились, что Галактика окутана огромным газовым облаком, которое в радиоволнах видно, а для обычных телескопов невидимо.

Допустим, что на Земле, рядом с нами, появилось существо, которое видит в радиолучах. Пусть оно не покажется вам чересчур фантастическим: ведь подобным «зрением» обладает, например, радиолокатор. Весь окружающий мир предстал бы перед таким существом в неузнаваемом виде.

Прежде всего его поразила бы ослепительная яркость Солнца. Оптический спектральный анализ показывает, что температура поверхности Солнца 6000 градусов, а радиоизлучения солнечной короны соответствуют температуре в 1–2 миллиона градусов. Заметим, что именно такая температура царит в недрах Солнца — этого космического термоядерного «котла».

Ночью мы легко находим в небе Млечный Путь — светлую полосу из звезд. Днем в ярких лучах Солнца все звезды «гаснут», и мы их не видим. Существо, обладающее радиозрением, и днем и ночью видело бы несколько солнц. Ему открылись бы горящие в черных глубинах Вселенной так называемые радиозвезды — невидимые простым глазом источники радиоизлучения. Их десятки, если говорить только о ярких, всего же уже обнаружены тысячи «радиозвезд». В радиолучах некоторые из них столь же ярки, как и Солнце, хотя удалены они на десятки и даже сотни миллионов световых лет. Что такое световой год, вы, конечно, знаете. Это расстояние, которое проходит за год луч света, мчащийся со скоростью триста тысяч километров в секунду!

Но Солнце не потеряется среди этих небесных «радиомаяков». И знаете, почему? Все они «светят» равномерно, как свеча в безветрие. А Солнце — нет.

Радиояркость Солнца очень сильно колеблется. В оптическом диапазоне его светимость почти не изменяется. Только пятен на нем иногда становится побольше. Интенсивность же радиоизлучения Солнца может резко возрасти — в десять тысяч раз, и тогда радиотелескопы словно захлебываются от шквала всплесков солнечного радиоизлучения. Через несколько минут буря может стихнуть. Солнце как бы дышит.

— Мы говорили о радиозрении как о мечте. Я думаю, что к XXI веку человек обретет полное, зоркое радиозрение. Представим себе, что мы находимся в обсерватории XXI века у мощного радиотелескопа.

…Взглянув на схему, вы набираете на пульте цифровой шифр, и на огромном экране появляется радиокарта нужного вам участка неба. Вы ищите Кассиопею — сверхновую звезду 369 года, вернее, то, что осталось от нее. В 369 году она взорвалась. Клочья газа — продукты взрыва — образовали туманность. Потом находите яркую «радиозвезду» в созвездии Лебедя. Здесь мы наблюдаем огромную взорвавшуюся по еще неведомым причинам галактику. Возникшее при взрыве мощное радиоизлучение позволяет нам следить за этой космической катастрофой, происходящей в 600 миллионах световых лет от нас…

Открыли это грандиознейшее явление природы с помощью радиотелескопа — он указал на точку мощного радиоизлучения. Только потом удалось его разглядеть в мощный телескоп. Вероятно, в будущем радиотелескоп позволит «различить», «рассмотреть» даже некоторые детали и подробности этой грандиознейшей во Вселенной катастрофы.

Оптические телескопы подошли к пределу своих возможностей. Они «заглядывают» не дальше чем на два-четыре миллиарда световых лет. Радиотелескопы приносят сведения о туманностях, еще более удаленных. Зеркало самого большого существ)чощего оптического телескопа имеет пять метров в диаметре. Будут созданы зеркала еще большего размера. Но имеется еще немало возможностей лучшего использования существующих телескопов. Так, электронно-оптические устройства поднимают чувствительность телескопа до такой степени, что пятиметровый телескоп дает увеличение, которое в обычных условиях мог бы дать только десятиметровый.

Радиотелескопы не в состоянии пока дать столь же точное изображение деталей, как оптические телескопы. Чтобы добиться такой же степени точности, с какой можно видеть детали в пятиметровом телескопе, пришлось бы построить радиотелескоп с антенной в 10 тысяч километров! Создать такой телескоп невозможно. Да это и ни к чему. Сплошную антенну — радиозеркало — можно заменить цепочкой или сетью антенн, связанных с обсерваторией и между собой радиотрансляцией. Такую цепочку, например, можно было бы протянуть между Москвой и Горьким. Постепенно несколько таких цепочек можно было бы соединить в одну радиотелескопическую сеть, наподобие высоковольтной сети. Таким образом возникает гигантский радиотелескоп. В принципе к XXI веку, я думаю, станет возможным создание единой радиотелескопической сети в радиусе всей Европы.

Вернемся снова в нашу обсерваторию XXI века, куда стекаются бесчисленные радиосигналы, уловленные разбросанными по всей стране антеннами — осколками гигантского радиозеркала нашего удивительного телескопа. На экране перед оператором — радиоизображение Солнца. Ниже горят слова: «Волна 1 м». Солнце большое, яркое, светлое. Нажатие кнопки — и телескоп уже принимает радиоволны длиной 60 сантиметров. Солнце на экране стало немного меньше по размерам. Значит, 60-сантиметровые волны испускаются из областей с меньшим расстоянием от солнечного центра. Оператор переключает установку на 10-метровый диапазон. Солнце мгновенно вырастает в три раза! Астроном изучает с помощью этого телескопа не только интенсивность и состав радиоволн, испускаемых небесными телами, но и узнает, где они рождаются.

Но наблюдение радиоизлучения, приходящего к нам из космоса, это еще не все. Радиоастрономы решили не только улавливать волны, пробивающиеся к нам, но и сами посылать на другие планеты пучки радиоволн и, словно чуткими пальцами, прощупывать их поверхность. В конце второй мировой войны в Венгрии и в Америке радиолокаторы послали на Луну первые радиосигналы и зарегистрировали вернувшееся на Землю радиоэхо. Методы радиолокации Луны еще до ее осуществления разрабатывал покойный академик Н. Д. Папалекси.

В последние годы была осуществлена радиолокация Венеры и Солнца. Создание новых больших радиотелескопов позволит лоцировать Марс и Юпитер. Меняя длину посылаемой волны, мы сможем получить разрезы атмосфер этих планет. Уже достигнутое высочайшее совершенство радиолокационной и радиоастрономической аппаратуры — передающей и приемной — делает реальной постановку задачи о посылке и приеме сигналов на расстояниях в десятки световых лет!

В сфере радиусом в десять лет имеется несколько звезд. Возможно, на планетах этих звезд имеются разумные существа, достигшие хотя бы такого же уровня развития техники, как и у нас. Если такие планеты есть, то с ними можно будет установить радиосвязь. Правда, связь эта будет довольно медлительной: ждать ответа на вопрос, если обитаемая планетная система находится на расстоянии в десять световых лет, придется целых двадцать лет…

Безусловно, к началу XXI века будет выяснено, есть ли у нас близкие соседи во Вселенной… А если их не окажется, то техника к тому времени обеспечит возможность радиосвязи и на 100 и на 1000 световых лет… И, уверен, голос землян не останется без ответа!

Примечательно, что радиоастрономические методы позволяют заглянуть в прошлое нашей Галактики. Дело в том, что наша Вселенная сейчас расширяется, как взорвавшаяся бомба. Восемь-десять миллиардов лет назад средняя плотность вещества во Вселенной была значительно больше, чем сейчас.

Гипотеза о том, что Вселенная расширяется, возникла, когда заметили так называемое красное смещение в спектрах далеких галактик. Если тело, испускающее свет, быстро движется от нас, то в его спектре линии сместятся в красную сторону. Красное смещение в спектре далеких галактик и стало первым основанием для вывода о расширении Вселенной, в наше время ставшего достоверным. О расширении Вселенной физики и астрономы говорят не абстрактно, а на основании убедительных научных данных.

Каковы характер и законы этого расширения? Как образуются галактики и отдельные звезды? Я думаю, что еще задолго до XXI века будут получены ответы на эти вопросы…