Радионебо

Обычный белый луч состоит из смеси цветных лучей. Основных цветов в белом луче семь: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

С фиолетового конца к видимому свету примыкает невидимое ультрафиолетовое излучение. То самое, под действием которого появляется загар на теле. А с красного конца – невидимое инфракрасное излучение. Оно несет тепло. Известно еще невидимое рентгеновское излучение. С его помощью делают снимки при переломах, просвечивают легкие и другие внутренние органы. При распаде радиоактивных веществ образуется гамма-излучение. И наконец, каждый имеет представление о радиоволнах – ультракоротких (УКВ), коротких, средних и длинных, которые постоянно используются широковещательными радиостанциями всех континентов.

Физики показали, что все эти излучения имеют одинаковую сущность. Это электромагнитные волны. Они отличаются друг от друга длинами волн. По мере изменения длины волны коренным образом меняются свойства излучения. Разные виды излучения были открыты по их свойствам в разное время. И называли их всякий раз по-своему. И только впоследствии свели всю картину воедино.

Совокупность электромагнитных колебаний разных длин волн называется их спектром. Он представлен диаграммой.

Спектр электромагнитных колебаний. Верхняя часть схемы дает представление о высотах, до которых проникает сквозь атмосферу Земли приходящее из космоса излучение в различных участках спектра. Наблюдения непосредственно с поверхности могут выполняться лишь в двух «окнах прозрачности»: в оптическом и радиодиапазоне. Наблюдения в инфракрасном диапазоне возможны при подъеме аппаратуры на высотном самолете, в ультрафиолетовом – на стратостате. Для регистрации рентгеновского и гамма-излучения необходимо выводить аппаратуру за пределы земной атмосферы: это возможно только на искусственном спутнике.

Самые короткие длины волн имеет гамма-излучение. Несколько больше длины волн у рентгеновского излучения. За ним следует ультрафиолетовое излучение. Видимый свет занимает в спектре узенькую полоску. За красным диапазоном находится область инфракрасного излучения и, наконец, область радиоволн. К радиоволнам относят всякое электромагнитное излучение с длинами волн больше нескольких миллиметров.

Звезды во Вселенной излучают не только видимый свет. Их излучение распределено практически по всему спектру электромагнитных колебаний. Но на протяжении тысячелетий астрономы попросту не знали, что есть возможность наблюдать нечто, отличное от видимого света. А когда они это узнали, им пришлось столкнуться с давним «врагом» – атмосферой Земли.

Атмосфера поглощает идущее к Земле излучение почти всех длин волн, за двумя исключениями. Она почти полностью пропускает видимый свет и небольшую часть примыкающего к области видимого света ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Это одно так называемое «окно прозрачности» атмосферы. Другое «окно прозрачности» попадает на часть радиодиапазона с длинами волн от 1 см до 30 м.

Человеческий глаз прекрасно приспособлен к первому из «окон прозрачности». Случайное совпадение? Конечно, нет. Путем естественного отбора органы чувств земных существ приспосабливались к окружающим условиям, постепенно преобразовывались так, чтобы быть максимально полезными.

Представьте, что глаза человека воспринимали бы, например, только рентгеновское излучение. Но ведь атмосфера задерживает это излучение не только от далеких звезд, но и от Солнца. И значит, существо с «рентгеновскими глазами» блуждало бы по поверхности Земли в потемках, никогда не видя Солнца.

Другой пример. Человеческий глаз лучше всего распознает желтый свет. Для глаза это самая чувствительная часть видимого света. Почему? Да потому, что Солнце – желтая звезда.

Долгие-долгие века пользовались астрономы лишь одним «окном прозрачности» атмосферы, изучали только видимый свет. Но с развитием радиотехники, когда были усовершенствованы приемники радиоволн, пришла пора воспользоваться и вторым «окном прозрачности» в радиодиапазоне.

Радиошумы внеземного происхождения были случайно обнаружены в 1931 г. Карлом Янским, инженером американской компании Белл-телефон, при изучении помех, которые мешали дальней радиотелефонной связи. Первое научное сообщение об этом опубликовано в 1932 г. Открытые К. Янским «звуки Галактики» транслировались по всем Соединенным Штатам, однако астрономы поначалу не придали им серьезного значения. Когда же несколькими годами позже другой радиоинженер – Г. Рёбер – составил радиокарту неба, астрономы-рецензенты и вовсе отвергли его статью: публикация увидела свет только благодаря вмешательству главного редактора «Астрофизического журнала».

Так же случайно было обнаружено и радиоизлучение Солнца. Во время второй мировой войны фашистская авиация регулярно бомбила столицу Великобритании Лондон. Англичанам удалось наладить сеть радиолокаторов, обнаруживать появлявшиеся с востока самолеты противника и принимать срочные меры. Однако в феврале 1942 г. их противоздушная оборона была сбита с толку: несколько английских радиолокаторов были «ослеплены» мощными сигналами неведомой радиостанции. Ее не отыскали ни в Германии, ни в других странах Европы. Этой таинственной «вражеской» радиостанцией оказалось Солнце.

Радиотехника в период войны шагнула далеко вперед, и уже в мирное время астрономы, наконец-то, широко воспользовались ее достижениями. Вдохновленные открытием радиоизлучения Солнца, они принялись за систематическое «прослушивание» всего неба в различных участках радиодиапазона и уже в 1946 г. надежно установили факт радиоизлучения Луны. Это открытие в сущности не явилось сюрпризом, – сюрпризом было другое: в том же году англичане нежданно-негаданно отыскали в созвездии Лебедя изолированный источник радиоизлучения, получивший название Лебедь А.

По господствовавшим в ту раннюю пору радиоастрономических исследований представлениям источниками радиоизлучения в межзвездной среде служили громадные газовые скопления, и, тем самым, радиоволны из мировых глубин должны были регистрироваться только на очень и очень протяженных участках неба. Источник же Лебедь А со всей очевидностью имел небольшие угловые размеры; его описывали рабочим термином «точечный источник». Вскоре, ко все более возрастающему удивлению радиоастрономов, были обнаружены новые точечные источники – в созвездиях Тельца, Девы, Центавра. Самый мощный точечный радиоисточник был найден в созвездии Кассиопеи.

Волнения в связи с открытием отдельных точечных радиоисточников поначалу быстро улеглись, поскольку наиболее мощные из них были вскоре отождествлены на небе с давно известными приметными оптическими объектами. Одна группа источников радиоволн была отождествлена с газовыми туманностями, возникшими на месте вспышек Сверхновых звезд. Так оказалось, что «шумный» радиоисточник Телец А совпадает по положению на небе со знаменитой Крабовидной туманностью, следом вспышки «звезды-гостьи», описанной в китайских хрониках 1054 года. Стремительно расширяющиеся газовые оболочки, скинутые Сверхновыми звездами, как показала теория, действительно должны служить компактными источниками электромагнитного излучения в радиодиапазоне. Эти источники принадлежат нашей Галактике.

Радиоисточники второй группы отождествились с другими галактиками: Дева А и Центавр А, например, явно совпадали по их положению на небе с примечательными галактиками NGC 4486 и NGC 5128. Аномальный вид этих галактик на фотографиях – сложная структура и наличие выбросов вещества – свидетельствовал о том, что в их недрах могут протекать покуда неизвестные, но очень бурные процессы. Чтобы отличить подобные «шумные» в радиодиапазоне галактики от остальных, им дали общее наименование радиогалактик. Таким образом, стало понятно, что все галактики являются источниками радиоизлучения, но только обыкновенные спиральные галактики наподобие нашего Млечного Пути, составляющие большинство наблюдаемых на небе галактик, излучают энергию в радиодиапазоне сравнительно скупо, а галактики с какими-либо отчетливо выраженными аномальными свойствами – к примеру, сталкивающиеся, взаимодействующие, взрывающиеся галактики – попадают в специально выделенную разновидность «шумных» галактик.

За очень короткое время радиоастрономия оформилась в важную ветвь современной астрофизики, которая принесла много ценных научных результатов.

Радиоастрономы подтвердили, что источниками «тихого» радиоизлучения обычных спиральных галактик являются скопления межзвездного водорода, сосредоточенные преимущественно в их спиральных рукавах. В связи с этим они «прослушали» радиоголос водорода нашей собственной Галактики и первыми построили карту ее спиральной структуры. Этим методом были открыты основные спиральные ветви нашей Галактики.

Большой вклад внесли радиоастрономические наблюдения в изучение природы солнечной активности.

Но главной заботой радиоастрономов на первых порах по-прежнему оставались регулярные поиски новых точечных радиоисточников, создание наиболее подробных каталогов с указанием мощности, местоположения источников на небе, их наблюдаемых особенностей. Наибольший прогресс в решении этой трудоемкой и, надо признаться, довольно нудной задачи был достигнут британскими радиоастрономами, трудившимися в Кембридже во главе с Мартином Райлом. Последовательно шаг за шагом подготовили они несколько кембриджских каталогов радиоисточников – каталоги Первый Кембриджский (1C), Второй (2С), Третий (ЗС) и т. д. Согласно уже известной нам традиции, объекты, занесенные в эти каталоги, получили индексацию, состоящую из названия каталога и порядкового номера объекта. Индекс ЗС 273, например, относится к радиоисточнику, попавшему в Третий Кембриджский каталог под номером 273.

Число вновь открытых радиоисточников нарастало бурно, и к 1955 г. их было известно уже около двух тысяч. Отождествление же вновь открываемых радиоисточников с оптическими объектами застопорилось и долгое время успехов не приносило. Основная помеха заключалась в малой точности определения небесных координат радиоисточников: их местоположение на небе можно было указать, только очертив вокруг них довольно обширный эллипс ошибок, в пределы которого попадали многие сотни и тысячи слабых невзрачных оптических объектов. Никакой хитростью не удавалось выделить именно тот из этих многочисленных слабых оптических объектов, которому принадлежал наблюдаемый поток радиоизлучения. Первые удачные отождествления источников Телец А, Дева А, Центавр А удались лишь потому, что радиоволны исходили в этих случаях от сравнительно близких и поэтому более ярких, отличающихся аномальным внешним видом оптических объектов. К сожалению, круг этих приметных объектов быстро иссяк, и радиоастрономы столкнулись с суровой прозой жизни, – последующими радиоисточниками были слабые, ничем не выдающиеся по внешнему виду оптические объекты, распознать которые оказывалось попросту невозможным.

Дело сдвинулось с мертвой точки лишь после того, как радиоастрономы научились вести параллельные наблюдения одновременно на двух удаленных друг от друга антеннах. С помощью такого метода, носящего название радиоинтерферометрии, удалось добиться определения небесных координат радиоисточников с погрешностями не более ±5'' и установить, что угловые размеры многих ярких источников исчезающе малы. Другой ценный метод был разработан для точного определения координат радиоисточников, находящихся в узкой полосе неба, По которой перемещается среди звезд Луна. Астрономы фиксировали момент исчезновения радиоисточника в результате покрытия его краем Луны; поскольку положение Луны на небе известно с очень высокой точностью, наблюдение момента исчезновения сигнала позволяет также с очень высокой точностью вычислить положение затмевающегося радиоисточника.

Успех в повышении точности определения небесных координат радиоисточников подхлестнул астрономов, работавших на крупнейшем тогда в мире 5-метровом оптическом телескопе. Они предприняли специальное фотографирование слабых объектов звездного неба вблизи от предполагаемых точек расположения радиоисточников. Результаты не замедлили сказаться. В декабре 1960 г. был отождествлен радиоисточник ЗС 48. Им оказалась очень слабенькая звездочка 16-й звездной величины. Вслед за этим удалось отождествить радиоисточники ЗС 196 и ЗС 286. Это также были очень слабые, невзрачные оптические объекты.

Гром грянул, наконец, в 1963 г. в результате отождествления по результатам затмения Луной радиоисточника ЗС 273.