Небесные радиостанции

Необъятный мир небесных тел отличается удивительным многообразием. Звезда очень мало похожа на метеорит, а планета - на исполинскую комету. Но все без исключения небесные тела нагреты: их температура выше абсолютного нуля. В таком случае, как уже говорилось, каждое небесное тело, как и вообще каждый предмет, непременно излучает радиоволны, то есть может считаться естественной радиостанцией.

Космических радиостанций - бесчисленное множество. Подавляющее большинство из них так далеки от Земли, что уловить их тепловое радиоизлучение, как правило, не удается. Зато наши соседи по космосу, тела Солнечной системы, весьма активно ведут "радиопередачи". С расшифровки этих передач мы и начнем наше знакомство с небесными радиостанциями.

Радиоволны зондируют Луну

Впервые радиопередача с Луны или, точнее, самой Луны была принята в 1946 году. Радиотелескоп, работавший на волне 1,25 см, зафиксировал очень слабые радиоволны, посылаемые нашим спутником.

Еще задолго до первых радионаблюдений Луны астрономы пытались, и не безуспешно, уловить ее собственное излучение. Луна, хотя и холодна, хотя и светит отраженным солнечным светом, тем не менее и сама излучает электромагнитные волны. Максимум этого невидимого лунного "света" приходится на длину волны около 10 мк в далекой инфракрасной части спектра.

По этим "тепловым" лучам определили, как меняется температура лунной поверхности в течение долгих лунных суток. Оказалось, что в лунный полдень поверхность Луны разогревается до плюс 115-130°, зато в лунную полночь температура падает до минус 150-160°.

Ничего странного в этом, конечно, нет. Лишенная атмосферы, Луна представляет собой мир резких температурных контрастов. Там не только днем и ночью, но даже в тени и на солнце разница температур огромна. Ее не сглаживают токи воздуха, как у нас на Земле.

Радионаблюдения также позволяют измерить температуру Луны. Однако результаты получились иные.

Если судить о температуре Луны по радиоволнам с длиной волны от 10 до 75 см, Луна (с точностью до нескольких градусов) обладает практически постоянной температурой. Выходит как будто, что внешние условия - жар солнечных лучей и холод мирового пространства - не имеют к Луне никакого отношения.

На более коротких радиоволнах - сантиметрового и миллиметрового диапазонов - начинает сказываться влияние лунных фаз. Судя по этим радиопередачам, температура Луны зависит от степени освещенности ее Солнцем. И чем короче длина волны принимаемого лунного излучения, тем заметнее, сильнее колебания температуры от лунной полуночи к лунному, полудню.

Если поразмыслить, почему все это происходит, можно указать единственную причину - крайне низкую теплопроводность поверхностных слоев Луны.

Для астрономов такой вывод не нов. Во время лунных затмений, когда земная тень бежит по лунной поверхности, температура ее затемненной части быстро снижается почти на 250°. Если бы поверхностные слои Луны обладали хорошей теплопроводностью, то от более глубоких слоев наружу непрерывно поступал бы поток тепла, который компенсировал бы тепло, излучаемое в пространство.

Какое же вещество слагает лунную поверхность и почему оно так плохо проводит тепло?

Не защищенная воздушной оболочкой, Луна подвергается постоянной бомбардировке "небесными камнями" - метеоритами. Большие и маленькие, они врезаются в лунную поверхность со скоростью, иногда в десятки раз превышающей скорость пули. Результаты удара всегда разрушительны. При мгновенной остановке в момент удара связи между молекулами метеорита разрушаются, и он становится похожим на очень сильно сжатый газ. Но такой газ стремится расшириться; в результате метеорит буквально взрывается, подчас еще более энергично, чем тринитротолуол - сильновзрывчатое вещество.

Падение крупного метеорита - большая редкость. Но зато мелкие метеориты, весом в доли грамма, в огромном количестве непрерывно разрушают Луну.

Рис. 34. Луна подвергается постоянной бомбардировке метеоритами

По данным, полученным с помощью искусственных спутников Земли, на нашу планету ежесуточно выпадают десятки тысяч тонн метеоритного вещества. Но ведь Земля окутана. воздушной броней - атмосферой, в которой мелкие метеориты полностью разрушаются, не достигнув земной поверхности. На Луне обстановка иная. Ничем не прикрытая, ее поверхность за миллиарды лет подверглась разрушительному действию метеоритов. Мириады микрометеоритов, врезаясь с огромной скоростью в лунную поверхность, взрывались и затем сплавлялись с поверхностными лунными породами. В результате в настоящее время Луна покрыта сплошным слоем ноздреватого, пемзообразного вещества, представляющего собой шлак метеоритного происхождения, что подтверждено и лунными межпланетными станциями.

Этот пористый слой, образованный метеоритами, обладает крайне низкой теплопроводностью, в тысячу раз меньшей, чем у гранита или базальта.

Когда измеряют температуру Луны по излучаемым ею инфракрасным лучам, мерят, в сущности, температуру только самого поверхностного слоя Луны - ее шлакового "одеяла". Радиоволны исходят от более глубоких слоев лунной поверхности, в которых господствуют свои температурные законы. И чем глубже, тем постояннее температура в течение лунных суток.

Сходную картину можно наблюдать и на Земле. Вспомните: летом и зимой в подвалах какого-нибудь здания всегда почти одинаково прохладно. Другое дело - верхние этажи того же здания. Колебания температуры не только в течение года, но и в течение суток в них весьма заметны.

Можно подсчитать, что лунные радиоволны длиной 1,25 см доходят к нам от слоя, находящегося на глубине около полуметра под лунной поверхностью. На глубине в несколько метров начинаются слои с постоянной температурой, близкой к минус 50°. Что же касается "пылевого одеяла" Луны, то, по данным радионаблюдений, оно очень тонко - толщина его, по-видимому, не превосходит нескольких миллиметров!

Вдумайтесь в эти результаты. То, что до Земли доходят радиоволны, посланные внутренними слоями Луны, доказывает, что лунная поверхность прозрачна для этих волн. Значит, радиотелескопы способны зондировать Луну, заглядывать под ее поверхность! В этом отношении радиотелескопы имеют неоспоримое преимущество перед телескопами оптическими.

Мы уже упоминали о советском радиотелескопе Физического института Академии наук СССР с поперечником зеркала 22 м. На волне длиной 8 мм его разрешающая способность близка к двум минутам дуги. Так как видимый поперечник Луны составляет примерно полградуса, этот радиотелескоп способен принимать радиоизлучение не от всей Луны в целом, а от отдельных деталей ее поверхности. Значит, стало возможным построить "радиокарты" Луны - иначе говоря, вид Луны в радиоволнах.

Оказывается, "полюс тепла", то есть область лунной поверхности с наивысшей температурой, не совпадает с "подсолнечной точкой" (с точкой лунной поверхности, для которой Солнце находится в зените). Эта любопытная особенность стала известной уже вскоре после первых радионаблюдений Луны. Получается, что максимальная температура в данном месте Луны бывает не в местный лунный полдень, а спустя примерно трое с половиной земных суток после него.

Нагляднее, конечно, выразить этот промежуток времени в долях лунных суток. Он равен примерно ¹/₈ лунных суток, или трем "лунным" часам. Опять приходит на память известное земное явление: самая сильная жара в ясный летний день бывает не в полдень, а спустя два-три часа.

И на Земле, и на Луне описываемое явление вызвано своеобразной "инертностью" тепловой волны. Последняя бежит вслед за Солнцем, несколько отставая, так как теплу нужно некоторое время, чтобы распространиться по поверхности космического тела.

Детальное изучение лунных радиоволн только начинается. В этой области особенно успешно работают горьковские радиоастрономы во главе с В. С. Троицким.

Таинственная планета

Венера ближе к Солнцу, чем Земля. Она обращается вокруг Солнца по орбите, почти неотличимой от окружности, радиус которой близок к 108 миллионам километров. Ее год короче земного - Венера завершает облет Солнца за 226 земных суток. Так как орбита Венеры находится целиком внутри орбиты Земли, то на земном небе Венера всегда видна вблизи Солнца на фоне утренних или вечерних зорь и никогда не отходит от Солнца дальше чем на 48°. Вот почему с незапамятных времен у планеты Венеры есть и еще два неофициальных наименования - Вечерняя или Утренняя звезда.

В моменты так называемых нижних соединений, когда Венера оказывается между Солнцем и Землей на прямой, их соединяющей, расстояние от Земли до Венеры близко к 40 миллионам километров. Между тем Марс даже во время великих противостояний не подходит к Земле ближе чем на 55 миллионов километров.

Венера - самая яркая из планет и третье светило на небе после Солнца и Луны. В периоды наибольшего блеска она обращает на себя внимание каждого, кто взглянет на небо. Как изумительный, сверкающий белизной бриллиант, выделяется Венера на фоне зорь. Смотришь и не налюбуешься на это лучшее украшение звездного неба. И в то же время сознаешь, что ослепительная красота Венеры вызвана тем непомерно густым облачным покровом, который скрывает под собой неразгаданные тайны планеты.

Хотя по размерам Венера почти равна Земле (ее диаметр равен 12200 км), атмосфера Венеры гораздо мощнее земной. Облака в ней никогда не рассеиваются, и за три с половиной столетия, с тех пор как ведутся телескопические наблюдения Венеры, астрономам ни разу не удалось разглядеть какие-нибудь детали ее твердой поверхности.

При наблюдении в телескоп поверхность Венеры кажется почти равномерно белой, и только в отдельных местах глаз различает иногда неясные сероватые пятна, обладающие заметной изменчивостью. В одних случаях эти пятна - просто обман зрения, оптическая иллюзия, вызванная резким контрастом между ослепительно яркой поверхностью планеты и темным фоном неба. В других случаях нам удается, вероятно, на самом деле увидеть нижние, более темные слои атмосферы Венеры. Бесспорно одно: сероватые пятна - это не твердая поверхность, просвечивающая сквозь облака. Ни одному оптическому телескопу не удалось еще "пробить" атмосферу Венеры, и, пожалуй, пора признать, что для них эта задача совершенно непосильна.

Обращаясь вокруг Солнца, Венера, подобно Луне, непрерывно меняет свою видимую форму, свои фазы. Но есть одно существенное отличие фаз Венеры от фаз Луны. При любых фазах видимые размеры Луны остаются неизменными. У Венеры не так. Когда наступает "полновенерие" и на полном диске Венеры, казалось бы, удобнее всего рассмотреть подробности, Венера вовсе не видна, так как находится прямо за Солнцем. С приближением же к Земле видимые размеры Венеры растут, но зато уменьшается фаза. В момент наибольшего блеска Венеры в телескоп виден большой, но очень узенький серп, а остальная часть планеты скрыта в тени. И в том, и в другом случае условия наблюдения Венеры нельзя считать наилучшими.

Когда Венера наблюдается в виде очень узенького серпика, можно иногда заметить и ее остальную слабосветящуюся часть. Это явление известно под названием "пепельного света" Венеры. Оно вызвано сильным свечением верхних слоев атмосферы Венеры. По расчетам известного советского астрофизика Н. А. Козырева, яркость ночного неба на Венере раз в пятьдесят больше, чем на Земле. Все это вполне естественно, так как Венера ближе к Солнцу, чем Земля, и на ее атмосферу солнечное излучение действует гораздо сильнее.

Для радиоволн облака не препятствие, радиоволны сантиметрового диапазона свободно пронизывают всю толщу атмосферы Венеры, и если ее поверхность излучает радиоволны, то они должны достичь Земли.

Много раз было принято и изучено радиоизлучение Венеры. Радиопередачи с ближайшей из планет принимались в основном на волне длиной около 15 см, характерной для теплового радиоизлучения. По мощности радиоволн была вычислена температура поверхности Венеры. Результат оказался поразительным - в среднем по всему диску Венеры температура колебалась в пределах от плюс 40 до плюс 350°!

Сначала этому не хотели верить. Но, когда и в миллиметровом диапазоне длин волн получились такие же температуры, сомнения, казалось, отпали. Пришлось признать, что ближайшая из планет обладает, мягко выражаясь, весьма жарким климатом.

Температуру Венеры измеряли и раньше с помощью термоэлементов. Получалось, что температуры светлой и темной частей диска Венеры примерно одинаковы и близки к 35° ниже нуля. По-видимому, эти низкие температуры относятся к верхним слоям атмосферы Венеры, тогда как радионаблюдения дают температуру ее поверхности.

Есть хорошо известное на Земле явление, называемое "парниковым эффектом". Лучи Солнца, проникая внутрь оранжереи, преобразуются здесь в тепло. Но это тепло обратно не уходит: стекло для "тепловых", инфракрасных лучей непрозрачно. Вот и получается, что стеклянная крыша оранжереи действует как хорошее одеяло.

Земная атмосфера благодаря присутствию в ней водяных паров также обладает "оранжерейным эффектом". Не будь его, ночью Земля отдавала бы в космос все тепло, накопленное за день. В таких условиях вряд ли могла бы возникнуть и существовать жизнь.

На Венере, в ее крайне влажной атмосфере, "оранжерейный эффект", по-видимому, исключительно велик. Близость Венеры к Солнцу и "оранжерейный эффект" ее атмосферы как будто объясняют исключительно высокую температуру, господствующую на поверхности ближайшей из планет.

Воображению рисовалась мрачная картина. Безбрежный, более горячий, чем кипяток, океан. Сюда сквозь густой облачный покров почти не проникают солнечные лучи. В полумраке, а быть может, и в полном, постоянном мраке катятся огромные волны горячего океана. В этой космической "парильне" вряд ли удастся найти что-нибудь живое - ведь белок свертывается и теряет жизненные свойства уже при температуре меньше 100° тепла.

Мрачная, невеселая картина. Не будь радиотелескопов, мы бы еще долго создавали себе утешительные иллюзии о тропических, полных экзотики красных лесах Венеры, о ее богатом животном мире.

Прогнозы радиоастрономии подтвердились и прямыми космическими экспериментами. В октябре 1967 года советская межпланетная станция "Венера-4", пробив толщу венерианской облачной атмосферы, достигла поверхности планеты. Радиоволны, посланные станцией, принесли на Землю сведения достаточно безрадостные. Атмосфера Венеры на 90-95% оказалась состоящей из углекислого газа без заметного присутствия азота. Если и есть на Венере кислород, то его в венерианской атмосфере очень мало, не больше 0,4%. Весьма мало и водяных паров - не более 1,6%. Но самое, пожалуй, неприятное - это температура 300-400° выше нуля! Кроме того, атмосферное давление у поверхности Венеры получается по расчетам не меньше 75-100 атмосфер. Позже, при посылке на Венеру других космических аппаратов, эти данные подтвердились.

Что и говорить, обстановка на Венере мало напоминает земную. Пожалуй, и сказанное выше о кипящих океанах Венеры следует отнести к неоправданным домыслам. Скорее, поверхность Венеры горяча и суха. И вывод о сходстве облаков Венеры и Земли снова нуждается в пересмотре.

Венера лишь слегка приоткрыла завесу, скрывающую ее тайны. Очень многое в этом соседнем мире и сегодня остается для нас непонятным.

Радиопередачи с Юпитера

В начале 1955 года на небе случайно был открыт странный источник радиоизлучения. В момент открытия он находился в созвездии Тельца и, что самое удивительное, медленно перемещался среди звезд. Неизвестная космическая "радиостанция", посылавшая радиоволны длиной 10-15 м, вела себя как планета. В это же время в том же созвездии Тельца виднелся Юпитер - крупнейшая из планет Солнечной системы. Тщательные наблюдения показали, что небесная "радиостанция" с удивительной точностью повторяет движение Юпитера. Отсюда был сделан естественный вывод, что странствующая "радиостанция" и Юпитер - один и тот же объект.

Рис. 35. Планета Юпитер - одна из блуждающих космических 'радиостанций'

Так впервые в истории астрономии была уловлена радиопередача с другой планеты. Это открытие возбудило у астрономов огромный интерес. Все крупные радиотелескопы были нацелены на Юпитер. Предстояло расшифровать радиопередачу с Юпитера и выяснить причины ее возникновения.

Радиоизлучение Юпитера, как теперь установлено, имеет сложный характер. Оно состоит из трех частей разной природы и происхождения.

Прежде всего Юпитер, как и всякое нагретое тело, излучает тепловые радиоволны. Среди них особенно удобны для изучения те, у которых длина волны близка к 3 см. Много раз по тепловому радиоизлучению Юпитера вычислялась его температура. В среднем она оказалась близкой к 120° ниже нуля. Нас не должны удивлять такие морозы. Если Венера страдает от избытка жары, то температурные условия на Юпитере совершенно иные. Крупнейшая из планет находится в пять с лишним раз дальше от Солнца, чем Земля, и в 7 раз дальше Венеры. Площадь солнечного диска, наблюдаемого с Юпитера, в 25 раз меньше того, к которому мы привыкли. Это маленькое "юпитерово" Солнце весьма скупо согревает гигантскую планету. Еще давно с помощью термоэлемента астрономы убедились, что температура атмосферы Юпитера заключена в пределах от минус 100 до минус 140°. Теперь этот факт с еще большей убедительностью подтвержден радионаблюдениями.

Если атмосфера планеты так холодна, то составляющие ее газы должны иметь очень низкую температуру кипения. Действительно, судя по спектру Юпитера, в его атмосфере в изобилии содержатся метан и аммиак - газы, в условиях нормального атмосферного давления кипящие при температуре минус 165°.

Юпитер и другие планеты-гиганты - Сатурн, Уран и Нептун - имеют мало общего с нашей Землей и похожими на нее планетами. Их роднит только одно - общее обращение вокруг Солнца. Что же касается физической природы планет-гигантов, то их, пожалуй, уместнее всего назвать "полузвездами".

В самом деле, по современным данным, планеты-гиганты, в том числе и Юпитер, не имеют твердого ядра. Они целиком газообразны. Правда, состояние, в котором находятся газообразные вещества гигантских планет, на разных уровнях различно. С проникновением в глубь планеты давление увеличивается, и в центре Юпитера, например, по подсчетам Н. А. Козырева, оно должно достигать чудовищной величины - 70 миллионов атмосфер!

Тем не менее средняя плотность планет-гигантов очень мала. У Юпитера, Урана и Нептуна она лишь немногим превышает плотность воды, а у Сатурна даже уступает ей. Если бы можно было погрузить Сатурн в какой-нибудь исполинский бассейн, то эта планета всплыла бы, как пробка, на поверхность воды! Малая средняя плотность планет-гигантов в сочетании с другими фактами свидетельствует в пользу того, что эти планеты в основном состоят из самого легкого вещества - водорода.

Можно чисто теоретическим путем рассчитать "модель" Юпитера, то есть схему его внутреннего строения (исходя при этом, конечно, из наблюдаемых фактов). Такие расчеты выполнила советский астроном А. Г. Масевич.

Примерно на 85% своей массы Юпитер состоит из водорода. Остальные 15% приходятся на долю более тяжелых элементов, главным образом гелия.

Внешняя оболочка Юпитера толщиной в 0,14 его радиуса состоит в основном из молекулярного водорода, смешанного с метаном (СН₄) и аммиаком (NH₃). На глубине около 10 тысяч километров начинается зона "металлического" водорода. Здесь давление вышележащих слоев достигает 700 тысяч атмосфер, благодаря чему электроны покидают свои атомы. Беспорядочная смесь протонов и электронов образует при этом то, что астрофизики называют "металлической фазой" водорода. Такой "металлический" водород вдвое плотнее обычного.

Дальше в глубь планеты плотность газов продолжает возрастать. На глубине около 50 тысяч километров наступает новый, второй скачок плотности. Здесь проходит внешняя граница центрального ядра Юпитера, которое должно состоять из смеси водорода с тяжелыми элементами.

В центре Юпитера плотность вещества в семнадцать раз превосходит плотность воды и в два с лишним раза - плотность железа. И все-таки это газ, сверхплотный газ, вроде того, который находится в центре Солнца и звезд. Температура центрального ядра Юпитера благодаря огромному давлению должна быть очень высока. По-видимому, она близка к 120000°. Если бы масса Юпитера была всего в пять раз большей, температура в его центре составляла бы уже многие миллионы градусов. Неизбежно начавшиеся в этом случае ядерные реакции превратили бы Юпитер в звезду.

Крупнейшая из планет несколько "не дотянула" до звезды. Но это и не планета в земном смысле слова, а нечто среднее - "полузвезда". Сатурн, Уран и Нептун по своему строению и природе мало чем отличаются от Юпитера. Мысленный "зондаж" их привел бы к путешествию от крайне холодных атмосфер до необычайно раскаленного центрального ядра.

Кроме теплового, Юпитер обладает и другим, нетепловым радиоизлучением. В метровом диапазоне "радиопередача" с Юпитера весьма непостоянна. Радиоволны, измеряемые метрами или десятками метров, посылаются Юпитером время от времени, или, как говорят, спорадически. Как правило, наблюдаются серии кратковременных "всплесков", каждый из которых длится в среднем несколько сотых долей секунды. Только в редких случаях всплески затягиваются на несколько секунд. Характерная деталь: в каждой серии всплесков последующий всплеск слабее предыдущего. Все это сильно напоминает затухающий электрический разряд. Есть несомненное сходство между радиоволнами, порождаемыми земными молниями, и спорадическим радиоизлучением Юпитера.

Грозы в атмосфере Юпитера... А почему бы и нет? Всё, что мы знаем о внешних разреженных газообразных слоях Юпитера, подтверждает такую точку зрения.

В телескоп на поверхности Юпитера наблюдаются изменчивые полосы и пятна. Серовато-коричневатые полосы тянутся параллельно экватору Юпитера. Внутри них и между ними почти всегда наблюдают пятна, нередко округлых очертаний. Вся эта картина столь же непостоянна, как земное небо с плывущими по нему облаками. Сходство здесь не только внешнее. Полосы и пятна, всегда наблюдаемые на Юпитере, - это мощные облака в его исполинской атмосфере. Их движения столь быстры, что возникновение электрических зарядов при перемешивании облаков и других процессах вполне возможно.

На Юпитере все гипертрофировано, преувеличено по сравнению с Землей. Если там сверкают молнии и гремит гром, то по масштабам эти явления ни в какое сравнение не идут с теми, которые мы наблюдали во время земной грозы. В лучшем случае Юпитер подходит к Земле на расстояние 628 миллионов километров. И все-таки разделяющие нас многие сотни миллионов километров не мешают нам регистрировать грозы Юпитера.

Какими же свирепыми должны выглядеть разбушевавшиеся на Юпитере стихии! Какими чудовищными молниями и всесокрушающими раскатами грома должны сопровождаться там грозы! Когда расчесываешь сухие волосы гребешком, слышен треск - он вызван миниатюрными молниями в вашей шевелюре. Вероятно, столь же скромными выглядят самые мощные из земных молний по сравнению с электрическими разрядами в атмосфере Юпитера.

Надо, однако, заметить, что характер его спорадического радиоизлучения во многом не похож на радиоволны земных молний. Но ведь и условия на Юпитере, в частности и природа его атмосферы, совсем иные, чем на Земле. По-видимому, этими причинами устраняется абсолютное сходство, и не исключено, что спорадическое радиоизлучение Юпитера в метровом диапазоне имеет "грозовое" происхождение.

Пытались, и не безуспешно, найти на поверхности Юпитера конкретные детали, быть может посылающие спорадические радиоволны. В 1957 году двум английским астрономам удалось как будто найти особенно грозовые районы на Юпитере. Ими оказались знаменитое Красное пятно, так называемое Южное Тропическое Возмущение, и три недавно открытых белых пятна в южном полушарии планеты.

Природа всех этих образований пока не выяснена, хотя, например, Красное пятно наблюдается уже около трехсот лет. Кстати сказать, этот объект, как и все на Юпитере, грандиозен. Его наибольший поперечник (пятно имеет овальную форму) в четыре раза больше поперечника Земли.

Постоянство Красного пятна (при почти неизменной форме оно меняется лишь в интенсивности окраски) заставляет думать, что это не обычное исполинское облако, а нечто иное. Может быть, Красное пятно - океан затвердевших углеводородов, как и другие ему подобные образования. Ясности в этом вопросе пока нет. Неясно также, почему именно эти районы атмосферы Юпитера особенно благоприятны для возникновения электрических разрядов.

Иногда и Венера посылает на Землю всплески радиоволн. Не исключено, что и в ее атмосфере свирепствуют ураганы и грозы. Правда, эти всплески связаны с некоторыми явлениями на Солнце и, возможно, имеют чисто солнечное происхождение.

Есть еще один сорт, или класс, радиоволн, посылаемых Юпитером. Это постоянное, относительно "спокойное" радиоизлучение с длиной волн от 3 до 70 см. Оно не тепловое - об этом совершенно ясно говорят некоторые его свойства. Что же тогда служит источником таких радиоволн?

Исследования, проведенные с помощью искусственных спутников и ракет, показали, что вокруг Земли есть так называемые пояса радиации. Они представляют собой кольцеобразные облака из заряженных частиц (протонов и электронов), опоясывающие извне земной шар. Как исполинские космические "бублики", нависают пояса радиации над земным экватором.

Размеры поясов весьма внушительны. Внутренним своим краем меньшая зона вторгается в верхние слои земной атмосферы, а внешний край большего "бублика" удален от поверхности Земли на 50 тысяч километров. Внешний пояс радиации состоит из электронов, внутренний - из протонов, причем максимальная концентрация частиц приходится на высоту около 25 тысяч километров.

Частицы, образующие пояса радиации, под действием магнитных сил Земли - ее магнитного поля - вынуждены постоянно странствовать в окрестностях Земли по весьма сложным траекториям. Когда ракета или спутник "прорезает" пояса радиации, частицы, ударяясь о корпус искусственных небесных тел, порождают коротковолновое излучение - рентгеновы лучи. "Излучение" и "радиация" - синонимы. Отсюда и произошло название "пояса радиации".

Вокруг Юпитера также есть пояса радиации, только, конечно, гораздо более мощные, чем земные. Можно предполагать, что магнитное поле Юпитера весьма мощно - ведь масса Юпитера огромна и он быстро вращается вокруг своей оси. Тогда электроны, входящие в пояса радиации, должны двигаться вокруг магнитных силовых линий с ускорением. Но такие электроны всегда порождают радиоволны. Вероятно, эти радиоволны и являются третьей составляющей радиоизлучения Юпитера. На земных поясах радиации также должны возникать радиоволны, однако они очень слабы и не могут быть уловлены современной радиоаппаратурой.

В поисках "блуждающих радиостанций"

Две из планет Солнечной системы - Венера и Юпитер - оказались "блуждающими радиостанциями". Вполне естественно, что астрономы предприняли попытки уловить радиоволны от других планет.

На волне длиной 3,15 см "заговорил" Марс. Читатель уже запомнил, что эта длина волны характерна для теплового радиоизлучения. Температура поверхности Марса в среднем, по многим наблюдениям, получалась близкой к минус 60°. Надо заметить, что при этих измерениях ошибка в ту или другую сторону может достигать нескольких десятков градусов. И все же согласие с прежними измерениями температуры Марса с помощью термоэлементов достаточно хорошее. Общеизвестно, что климат Марса значительно суровее земного. Суточные колебания температуры там очень велики. В полтора раза более далекий от Солнца, чем Земля, Марс имеет среднегодовую температуру (для всей планеты) ниже 0°. На Земле та же температура равна плюс 15°.

Средние величины не всегда правильно характеризуют явления. На Марсе, например, в полдень на экваторе температура иногда достигает плюс 20°, что даже по земным понятиям достаточно тепло. Да и самые суровые морозы на Марсе (минус 90°) не могут поразить наше воображение, так как почти при такой же температуре отважные советские исследователи успешно проводят научную работу в Антарктиде.

Уловлены тепловые радиоволны и от Сатурна. Однако из-за удаленности этой планеты, в лучшем случае приближающейся к Земле на расстояние 1276 миллионов километров, ее исследования затруднены. Расшифровка "радиопередач" с Сатурна только начинается. Совсем недавно было обнаружено тепловое радиоизлучение Меркурия и Урана.

Самые далекие планеты Солнечной системы - Нептун и Плутон - в диапазоне радиоволн никак пока себя не проявили. Однако не исключено, что с увеличением чувствительности радиотелескопов будут уловлены "радиопередачи" и с этих далеких планет.

В конце 1956 года зарубежные астрономы Аренд и Ролан открыли яркую комету. Весной 1957 года она предстала перед глазами наблюдателей во всей своей неповторимой красоте. Комета Аренда - Ролана одна из самых замечательных комет, когда-либо появлявшихся на земном небосклоне. Она имела три исполинских хвоста. Два из них простирались в сторону, противоположную Солнцу. Один, более прямой, состоял из молекул ионизированного азота и угарного газа, а другой, широкий и слегка искривленный, - из мельчайшей твердой космической пыли. В длину оба "шлейфа" достигали 30-40 миллионов километров.

Особенно замечательным был третий хвост. Как тонкое светящееся копье, он был нацелен прямо на Солнце. При толщине около 13000 км (что равно поперечнику Земли) копьевидный хвост имел длину не менее нескольких миллионов километров.

Рис. 36. Уникальная 'радиокомета' Аренда - Ролана

Мы знаем, что, несмотря на грандиозные размеры, кометы весьма эфемерны. Главной частью каждой кометы является так называемое ядро - огромная глыба льда поперечником в несколько километров или даже десятков километров с примесью множества мелких твердых частиц. Их особенно много на поверхности кометного ядра, где они образуют сплошной или почти сплошной теплозащитный слой.

Ядра комет обращаются вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Под действием солнечного тепла льды, составляющие кометное ядро, возгоняются (сублимируют), образуя газовую оболочку вокруг ядра - голову кометы - и ее исполинские газовые хвосты. Нередко, с приближением к Солнцу, газовые струи, истекающие из ядра, становятся настолько мощными, что увлекают с собой твердую пыль, скопившуюся на поверхности ядра. Великое множество таких пылинок формирует пылевые хвосты комет. Очевидно, как пылевые, так и газовые хвосты комет - образования подвижные, динамические. Частицы, их составляющие, непрерывно рассеиваются в мировом пространстве, но на их место из кометного ядра поступают новые порции пыли и газа. Ядро кометы Аренда - Ролана извергало как газы, так и пыль, причем удивительный копьевидный хвост, направленный к Солнцу, состоял, по-видимому, из сравнительно крупных пылинок.

Еще 10 марта 1957 года, то есть примерно за месяц до того, как комета Аренда - Ролана приобрела максимальные размеры и яркость, радиотелескопы американских астрономов приняли радиоволны, посланные кометой. И эта передача с каждой неделей, по мере приближения кометы к Земле, заметно усиливалась.

Хвосты комет очень разрежены - их плотность в миллиарды раз меньше плотности воздуха, которым вы сейчас дышите. Наибольшую плотность кометные газы имеют вблизи кометного ядра. Можно было поэтому ожидать, что радиоволны излучаются именно этой частью кометы.

На самом деле оказалось, что источник радиоизлучения находится в газовом хвосте кометы, в нескольких миллионах километров от ее ядра.

Радионаблюдения кометы Аренда - Ролана велись до 10 мая 1957 года, когда комета, значительно удалившись от Солнца, почти прекратила свои "радиопередачи".

Попробуем разобраться, каким образом комета могла излучать радиоволны.

Газовые хвосты комет - это смесь движущихся ионов и электронов, то есть такое состояние вещества, которое современные физики именуют плазмой. Хвосты комет пронизываются солнечными лучами и теми мельчайшими частицами вещества - корпускулами, - которые Солнце щедро выбрасывает в мировое пространство. Основная часть солнечных корпускул представляет собой электроны, протоны и альфа-частицы - ядра атомов гелия.

Воздействие солнечных лучей и корпускул "будоражит" кометную плазму. В ней, как показали теоретические расчеты, при некоторых условиях возбуждаются так называемые плазменные колебания, которые и порождают нетепловое, спорадическое радиоизлучение кометы.

По исследованиям советского астронома О. В. Добровольского, кроме плазменных колебаний, в комете Аренда - Ролана было еще два источника радиоволн. Первый из них как будто разгадан - при некоторых условиях радиоволны могут излучаться молекулами метана, обильными в кометах. Природа второго источника пока неизвестна. Во всяком случае, ни тепловое радиоизлучение, ни другие известные нам механизмы испускания радиоволн для объяснения здесь не годятся.

Рис. 37. Вид солнечной короны в различные годы. Корона - один из основных источников солнечного радиоизлучения

Придется подождать новых наблюдений. Несомненно, что теперь уже на каждую мало-мальски яркую комету астрономы будут направлять радиотелескопы.

Спокойное Солнце

Знаете ли вы какой-нибудь более спокойный источник света, чем Солнце? Не говоря уж о беспокойном пламени свечи или колеблемом ветром пламени факела, даже свет электрических лампочек куда более непостоянен, чем свет Солнца. Как известно, напряжение в электрической цепи переменного тока непрерывно и очень быстро изменяется. Из-за этого и нить электролампочки то накаляется добела, то слегка остывает. Правда, эти колебания незначительны, но они все же есть, и с помощью приборов их легко обнаружить.

А вот Солнце удивительно ровно, одинаково, без всяких перемен светит всю нашу жизнь. Каким мы видели его в детстве, таким увидим и в глубокой старости.

Постоянство солнечного излучения - необходимое условие для нормального развития и даже существования жизни на Земле. Если бы видимое излучение Солнца внезапно увеличилось или уменьшилось хотя бы вдвое, то это катастрофическим образом отразилось бы на живых организмах. Можно полагать, что жизнь на Земле при этом погибла бы или из-за нестерпимой жары, или, наоборот, из-за холода.

Как и всякое нагретое тело, Солнце должно излучать радиоволны. Поскольку оно очень горячо, можно ожидать, что его тепловое излучение будет весьма заметным.

Первые попытки поймать радиоволны от Солнца были предприняты еще в 1940 году, но только четыре года спустя они увенчались успехом. Сначала на волне длиной 187 см, а затем и во всем радиодиапазоне от 8 мм до 12 м радиотелескопы приняли передачи с Солнца. Возник вопрос: какие именно области Солнца или, точнее, какие его слои порождают принятое на Земле радиоизлучение?

В 1946 году два известных советских ученых, В. Л. Гинзбург и И. С. Шкловский, независимо друг от друга произвели теоретические расчеты. Им удалось доказать, что солнечная атмосфера совершенно непрозрачна для радиоволн с длинной волны больше некоторой критической, а значит, радиоволны, уловленные на Земле, должны излучаться атмосферой Солнца. Это вовсе, конечно, не означает, что фотосфера не порождает радиоволны. Просто порожденные фотосферой радиоволны до Земли не дойдут, а полностью будут поглощены солнечной атмосферой.

Вскоре представился подходящий случай проверить эти теоретические выводы. В следующем, 1947 году в Бразилии должно было произойти полное солнечное затмение. Когда в момент полной фазы солнечного затмения черный диск Луны закрывает Солнце, наблюдению становятся доступны только внешние слои Солнца - его атмосфера и корона.

Для наблюдения солнечного затмения в Бразилию Академией наук СССР была послана специальная экспедиция. На советском теплоходе "Грибоедов" установили радиотелескоп, работавший на волне длиной 1,5 м. С его помощью и были проведены радионаблюдения затмения. Теоретические выводы В. Л. Гинзбурга и И. С. Шкловского полностью подтвердились. В момент полной фазы затмения радиоизлучение Солнца не прекратилось полностью (хотя вся фотосфера была закрыта Луной), а только вдвое ослабло. Значит, радиоволны посылались атмосферой Солнца или, говоря более точно, солнечной короной.

По мощности теплового излучения короны можно вычислить ее температуру. Она получилась поразительно высокой, близкой к миллиону градусов! Если вокруг Солнца есть столь чудовищный источник тепла, то почему же мы совершенно не чувствуем его воздействия? Почему солнечная корона не испепелит все живущее на Земле?

Разгадка этого простого парадокса заключается в многообразном значении слова "температура". Под температурой физики понимают величину, которая характеризует среднюю скорость молекул или других, еще более мелких частиц. Но скорость "теплового" движения частиц некоторого тела и его "тепловое" воздействие на нас - разные явления.

Солнечная корона очень разреженна. При грандиозных размерах она по массе в тысячу раз меньше земной атмосферы. Плотность солнечной короны в десятки миллиардов раз меньше плотности комнатного воздуха. Частицы, составляющие корону, движутся действительно очень быстро - например, средняя скорость движения атомов водорода в короне превосходит 150 км/сек. Но частиц очень мало - плотность короны ничтожно мала. Поэтому их общее, суммарное "тепловое" воздействие на Землю и незаметно. Другое дело, если бы солнечная корона была такой же плотной, как, например, раскаленная лава (или хотя бы как фотосфера). Вот тогда ее тепловое излучение для органического мира Земли было бы смертельным.

Сверхвысокая температура солнечной короны, собственно, не была новостью для астрономов. Еще раньше в короне были найдены сильно ионизированные атомы железа, аргона, никеля и кальция. Атомы этих элементов недосчитывали у себя 10, 12, а иногда и 16 электронов. Такая высокая степень ионизации могла иметь причиной только сверхвысокую температуру.

Радиоастрономия подтвердила этот вывод - хороший пример удачного сочетания оптических и радиоастрономических методов в познании Вселенной.

Для объяснения необычайной "раскаленности" солнечной короны И. С. Шкловский построил следующую теорию. Как известно, Солнце, подобно исполинскому магниту, обладает - правда, очень слабым - общим магнитным полем. Гораздо более мощные магнитные силы обнаруживаются в различных местах солнечной поверхности, главным образом там, где есть солнечные пятна. Эти местные магнитные поля очень изменчивы, причем в значительных пределах. Но при изменении магнитных полей возникают, или, как говорят, "индуцируются", поля электрические. По теории И. С. Шкловского, вот эти индуцированные электрические силы и разгоняют до огромных скоростей корональные электроны. Меняя облучатель в радиотелескопе, можно "настраивать" последний на определенную длину волны. И если при этом каждый раз исследовать радиоизлучение солнечной короны, результаты получатся весьма разные.

Объясняется это тем, что для различных длин волн корона имеет совершенно разную прозрачность. Например, для лучей видимого света, посылаемых фотосферой, она почти абсолютно прозрачна. Наоборот, для радиоволн длиной 10 м корона - непреодолимое препятствие.

Постепенно уменьшая длину волны принимаемого радиоизлучения, мы как бы "зондируем" солнечную корону, проникая в нее все глубже и глубже. Например, на волне длиной 10 м мы улавливаем радиоволны от самых внешних частей короны. На волне длиной около 3 см можно добраться до хромосферы, а на волне длиной 1,25 см - до слоев хромосферы, расположенных всего на 2-3 тысячи километров выше фотосферы. Такой "зондаж" помогает астрономам в изучении солнечной атмосферы. И, что очень важно, радионаблюдения Солнца не зависят от погоды. Раньше для изучения внешних оболочек Солнца надо было ждать полного солнечного затмения, да и то нередко наблюдения срывались из-за пасмурной погоды. Теперь же солнечную корону можно наблюдать не только в каждый ясный день, но и в любую непогоду.

Возмущенное Солнце

Спокойствие Солнца все-таки чисто внешнее, кажущееся. Только несовершенство наших глаз и удаленность Солнца создают эту иллюзию. Стоит, однако, направить на Солнце обычный телескоп (защитив, разумеется, глаза темным фильтром), и перед нами возникает исполинский по масштабам и крайне изменчивый, беспокойный мир.

Почти всегда, за очень редким исключением, на поверхности Солнца видны темные солнечные пятна. Поперечники многих из них не уступают диаметру Земли. Увлекаемые вращением Солнца, они кажутся перемещающимися поперек солнечного диска. Пятна никогда не остаются неизменными. Возникая из маленькой черной точки, называемой порой, солнечное пятно растет, опоясывается сероватой каймой - полутенью. День ото дня меняются очертания пятна, его внутреннее строение. Достигнув наибольших размеров, солнечное пятно затем постепенно съеживается, уменьшается, снова превращается в пору, а затем и вовсе исчезает. Весь цикл развития, вся жизнь солнечного пятна занимает обычно дни, недели и редко месяцы.

Рис. 38. Группа солнечных пятен

Внутри пятна, где газы холоднее и потому темнее, чем на остальной, ослепительно светящейся поверхности Солнца, наблюдаются сложные движения. Часть газов втекает внутрь пятна, часть, наоборот, вытекает из него, причем скорость этих движений близка к нескольким километрам в секунду.

Еще в 1908 году обнаружили, что каждое солнечное пятно подобно исполинскому магниту. Напряженность магнитного поля отдельных солнечных пятен в тысячи раз превосходит напряженность магнитного поля Земли, причем она, как и сами пятна, также не остается постоянной.

Поднимаясь вверх, в атмосферу Солнца, мы встречаем здесь процессы настолько бурные, что воспроизвести их в земных условиях просто невозможно.

Вот взметнулся вверх протуберанец со скоростью в 700 раз большей, чем скорость пули. Он стремительно поднялся на высоту, равную радиусу Солнца, затем частично обрушился обратно на Солнце, а частично рассеялся в мировом пространстве. Надо ли говорить, что это исполинское облако по своему объему в громадное число раз превзошло наш земной, шар?

Или вот другой "взрыв": Солнце "выстрелило" в пространство пучком электрически заряженных частиц - корпускул. Примерно через сутки они долетят до Земли и вызовут резкое изменение ее магнитного поля - магнитную бурю.

Было бы очень странно, если бы эти нескончаемые волнения разбушевавшихся стихий никак и ни в чем не сказались на радиоизлучении Солнца. На самом деле "беспокойная" природа Солнца сказывается, конечно, и на излучаемых им радиоволнах.

Замечено, что, когда на солнечной поверхности появляются пятна, радиоизлучение Солнца усиливается. На спокойное "тепловое" радиоизлучение Солнца накладываются какие-то иные, "беспокойные" и весьма мощные радиоволны. В таких случаях говорят о возмущенном состоянии Солнца, или, проще, о возмущенном Солнце.

Весьма интересно также, что радиоизлучение Солнца, связанное с пятнами, имеет направленный характер. Если следить за интенсивностью радиоволн, посылаемых на Землю какой-нибудь группой солнечных пятен, то окажется, что наибольшей силы эта "радиопередача" достигает в моменты, когда пятна пересекают центральные области солнечного диска. Когда же пятна находятся на краю Солнца, "радиопередача" от них почти неощутима. Создается впечатление, что каждое солнечное пятно "выстреливает" радиоволнами только в одном направлении - перпендикулярно к солнечной поверхности. В этом отношении солнечные пятна несколько напоминают радиолокаторы или обычные неподвижные прожекторы.

Рис. 39. Расположение газов в районе солнечных пятен подчиняется действию магнитных сил

Радиоволны, посылаемые солнечными пятнами, имеют длину от нескольких сантиметров до нескольких метров. Те волны, длина которых измеряется дециметрами и метрами, имеют явно нетепловой характер. Их интенсивность не остается постоянной. Бывает, что по своей мощности они в тысячи раз превосходят радиоизлучение спокойного Солнца.

Пока еще не вполне ясно, какими процессами порождаются эти нетепловые радиоволны. Хотя они связаны с пятнами, но так как солнечная атмосфера непрозрачна для радиоволн, то зарождаться последние должны где-то над пятнами, в атмосфере Солнца. Разумеется, в конечном счете, хотя и не непосредственно, энергия на образование этих радиоволн исходит все же от солнечных пятен.

По гипотезе советских физиков В. Л. Гинзбурга и Г. Г. Гетманцева, над пятнами в солнечной короне есть очень быстрые электроны, движущиеся со скоростями, близкими к скорости света. Поскольку пятна обладают сильным магнитным полем, эти электроны движутся ускоренно и при этом излучают радиоволны длиной около 1 м. Между прочим, теоретические расчеты показывают, что для образования наблюдаемых радиоволн в 1 см³ короны должно находиться в среднем всего около сотни сверхбыстрых электронов. Это совсем немного, если учесть, что в том же объеме других электронов, движущихся с меньшими ("тепловыми") скоростями, должно быть в миллион раз больше.

Полной уверенности в истинности такой картины пока нет - изложенная гипотеза встречает большие затруднения. Неясно, в частности, откуда берутся сверхбыстрые электроны, без которых нельзя объяснить возникновение радиоволн.

Как уже говорилось, с солнечными пятнами связано радиоизлучение в сантиметровом диапазоне, характерном для тепловых радиоволн. Оно несравненно менее мощно, чем радиоизлучение в метровом и дециметровом диапазонах, а главное, не обладает характерной для последних направленностью. Отсюда можно сделать естественный вывод, что не только природа, но и происхождение этих радиоволн иные. По-видимому, они порождаются отдельными нагретыми сгустками, конденсациями вещества, возникающими в солнечной короне непосредственно над солнечными пятнами.

Не надо думать, что повышенное радиоизлучение, исходящее от Солнца, связано всегда с солнечными пятнами. Бывает и так, что при полном или почти полном отсутствии пятен наблюдаются интенсивные всплески радиоизлучения продолжительностью в секунды и доли секунды. По своему характеру эти радиоволны сильно отличаются от тех, которые посылаются солнечными пятнами, хотя их мощность также в тысячи раз превосходит мощность спокойного радиоизлучения Солнца. Любопытно, что через долю минуты после очередного всплеска за ним следует второй, во всем похожий на первый, только гораздо менее мощный. По-видимому, этот второй всплеск есть отражение первого от каких-то внутренних, "зеркальных" для радиоволн слоев солнечной атмосферы. Наши радиотелескопы воспринимают, таким образом, не только основной сигнал, но и его ослабленное "радиоэхо".

Бывают случаи, когда на Солнце всплески радиоизлучения достигают чудовищно большой интенсивности - в миллионы раз большей, чем радиоизлучение спокойного Солнца. Их почти всегда удается связать с так называемыми хромосферными, или солнечными, вспышками, о которых уже упоминалось.

Если наблюдать Солнце в лучах водорода, точнее говоря - сквозь специальный фильтр, пропускающий только лучи одной спектральной линии водорода, можно нередко заметить интересное явление. Вблизи какого-нибудь пятна появляется небольшое яркое пятнышко. За какие-нибудь 10-15 секунд оно разгорается так ярко, что окружающая его поверхность Солнца кажется совсем темной. Проходят секунды, и пятнышко начинает блекнуть, а через несколько минут от него не остается и следа.

Внешне такие явления напоминают взрывы. По исследованиям советского астрофизика А. Б. Северного, хромосферные вспышки связаны с магнитными полями на Солнце. В области вспышки газы движутся со скоростями больше 10 км/сек. При этом возникает мощное коротковолновое излучение.

В моменты этих "солнечных взрывов" радиоизлучение Солнца увеличивается, как уже говорилось, в миллионы раз. Хорошо, что все это происходит в области невидимых электромагнитных волн. Если бы такой взрыв охватил видимую часть спектра, Земля почти мгновенно обратилась бы в облачко раскаленного газа!

Хромосферные вспышки порождают огромное количество корпускул, летящих во все стороны от Солнца. Каждая такая вспышка - это своего рода выстрел в пространство. Микроскопически маленькие "снарядики" солнечной "артиллерии" - корпускулы - вторгаются в земную атмосферу и, кроме магнитных бурь, вызывают яркие, продолжительные полярные сияния - свечение верхних слоев земной атмосферы.

Рис. 40. Яркая солнечная вспышка, наблюдаемая над солнечным пятном

Еще в 1946 году И. С. Шкловский высказал интересную гипотезу, объясняющую причину мощных всплесков солнечного радиоизлучения.

Солнечная корона состоит из беспорядочно перемешанных движущихся электронов и ионов. Применяя современную физическую терминологию, можно сказать, что корона представляет собой плазму. В этой плазме частицы движутся по-разному: электроны - быстрее, ионы - медленнее.

По мнению И. С. Шкловского, когда происходит хромосферная вспышка и Солнце "выстреливает" потоки корпускул, эти корпускулы будоражат не только земную, но и в гораздо большей степени солнечную атмосферу, в особенности корональную плазму.

Представим себе, что под действием корпускул в некоторой области солнечной короны образовался избыток электронов. Тогда, очевидно, в окрестностях этой области будет ощущаться недостаток электронов, или, что то же самое, избыток положительно заряженных ионов. Под действием электростатических сил "сгусток" электронов должен постепенно рассосаться. Однако вследствие инерции из области короны, богатой электронами, последних уйдет больше, чем надо для восстановления равновесия. Теперь, где был избыток электронов, будет ощущаться их недостаток, и наоборот - начнется движение частиц в обратных направлениях, то есть, иначе говоря, в корональной плазме возникнут колебания. Но такие плазменные колебания, как показали расчеты И. С. Шкловского, при определенных условиях и породят мощные всплески радиоизлучения.

Многие наблюдатели подтверждают эту гипотезу. Удалось даже с помощью радиотелескопов обнаружить, как источник радиоизлучения, появившийся на диске Солнца, через полчаса сместился в область короны, на высоту в 0,5 солнечного радиуса!

Изучение возмущенного Солнца - очень важная область солнечной астрофизики. Важная не только в чисто теоретическом отношении (радиоволны раскрывают перед нами многие секреты Солнца), но и на практике. Ведь за мощным всплеском солнечного радиоизлучения примерно через сутки обязательно последуют на Земле магнитные бури, когда точная ориентировка по компасу становится невозможной. Значит, радионаблюдения Солнца позволяют заранее предсказывать наступление магнитных бурь, что важно для моряков и летчиков.

Особенно важны прогнозы солнечных вспышек по данным радионаблюдений. Такие вспышки или, точнее, энергичные частицы, выбрасываемые при вспышках Солнцем, - главная опасность для космонавтов. Эти частицы, взаимодействуя с материалом космического корабля, порождают вредные излучения. Если заранее знать, когда произойдет мощная солнечная вспышка, можно отложить полет или принять меры к защите космонавтов от "радиационной опасности". Вот тут-то и должна помочь радиоастрономия.

Мы привели лишь некоторые примеры практического применения радиоастрономии - молодой, но уже давно заслужившей всеобщее признание науки.

Вспышки на звездах

Звезды - далекие солнца. Эта давно известная азбучная истина заставляет нас предполагать, что и у звезд есть фотосфера, хромосфера, корона. Вряд ли чрезмерно смелым покажется утверждение, что и на звездах есть пятна, и на звездах могут происходить мощные вспышки, подобные солнечным.

Все эти догадки (кроме последней) уже давно подтверждены спектральным анализом. В спектрах некоторых звезд найдены типичные корональные линии, линейчатые звездные спектры определенно указывают на существование звездных хромосфер, иногда очень обширных. Есть данные в пользу реальности звездных пятен. И только звездные вспышки стали предметом тщательных исследований лишь в самое последнее время.

Среди соседних звезд есть весьма любопытная маленькая красноватая звездочка, обозначенная в каталогах как звезда UV Кита. Расстояние до нее чуть меньше 9 световых лет, а сама звезда - типичный красный карлик. Излучает она света в 20 тысяч раз меньше, чем Солнце, а диаметр ее составляет лишь 8% солнечного.

Звезда UV Кита возглавляет особый класс так называемых вспыхивающих звезд. Иногда неожиданно яркость звезды увеличивается за минуты или даже десятки секунд в несколько раз, после чего столь же быстро звезда возвращается в первоначальное состояние. Бывало и так, что при вспышке яркость UV Кита увеличивалась в 250 раз, что соответствует возрастанию в блеске на шесть звездных величин! Звезда разгоралась буквально на глазах, и трудно описать это явление более точным термином, чем "вспышка".

Судя по всему, звездные вспышки типа тех, которые переживает UV Кита и похожие на нее звезды, по существу ничем не отличаются от солнечных хромосферных вспышек. Масштабы явления только другие, несравненно большие.

Каждая солнечная вспышка сопровождается резким возрастанием радиоизлучения Солнца. Подсчеты показывают, что если Солнце удалить на то же расстояние, на котором находится от нас UV Кита, то самые мощные солнечные вспышки современные радиотелескопы могли бы обнаружить. Не логично ли предположить, что при вспышках UV Кита радиоизлучение этой звезды возрастает настолько, что земные радиоастрономы должны, его зарегистрировать?

Такую задачу поставил перед собой Бернард Ловелл, директор крупнейшей английской радиоастрономической обсерватории Джодрелл Бэнк. Исполинское 76-метровое зеркало радиотелескопа было нацелено на UV Кита, а параллельно оптические инструменты отмечали изменения ее блеска.

В 1964 году был опубликован результат. Как и ожидалось, всякий раз видимая глазом вспышка звезды UV Кита сопровождалась заметным радиоизлучением. Любопытно, что последнее начинало возрастать примерно за две минуты до максимума вспышки, а возвращалось в первоначальное состояние восемь минут спустя.

Значение этого открытия очевидно: впервые обнаружено радиоизлучение отдельной звезды, пусть необычной, но все-таки звезды. Правда, общий вклад всех вспыхивающих звезд в радиоизлучение, приходящее к нам из глубин Галактики, невелик - вряд ли больше, нескольких процентов. Не отдельные звезды превращают видимое глазом небо в радионебо. Есть другие, куда более мощные радиоисточники, - рассказ о них впереди. Но все-таки звездные вспышки весьма любопытны.

Причины солнечных и звездных вспышек пока неясны. Не исключено, что прав В. А. Амбарцумян, который считает, что эти взрывные явления вызваны остатками дозвездного вещества, еще сохранившегося на Солнце и звездах. Его переход из сверхплотного в обычное состояние сопровождается резким выделением энергии, то есть взрывом. Впрочем, солнечные и звездные вспышки бледнеют в сравнении с теми невообразимо мощными взрывами, которые мы наблюдаем в других местах звездного мира.

Мы живем "внутри" Солнца

На снимках Солнца, полученных во время полных солнечных затмений, отчетливо видна лучистая солнечная корона. Как показали исследования С. К. Всехсвятского и других советских ученых, корональные лучи - это потоки корпускул (протонов, альфа-частиц, электронов и др.), выбрасываемых Солнцем. Лучи солнечной короны изменчивы - в годы наибольшей солнечной активности солнечная корона почти симметрична, тогда как в годы минимума она, наоборот, имеет весьма "растрепанный" вид.

Глаз прослеживает лучи короны иногда до расстояний, в несколько раз превосходящих поперечник Солнца. На негативах они выглядят еще длиннее. Где же кончается солнечная корона, как далеко простираются в межпланетное пространство эти наиболее внешние части солнечной атмосферы? Ответ на этот вопрос был найден с помощью радиоастрономии.

Представьте себе, что где-то за Солнцем расположен некий космический источник радиоволн. Распространяясь во всех направлениях, они на своем пути встретят и солнечную корону. Тогда произойдет нечто вроде того, что хорошо известно нам по житейскому опыту. Нагретый воздух искажает контуры предметов, он искривляет траекторию световых лучей, и иногда даже образуется мираж: предметы видны не там, где они находятся на самом деле. Границы видимого диска Солнца и его "радиодиска", получаемого из радионаблюдений, не совпадают. Из-за преломления радиоволн длиной 4 м в солнечной короне "радиосолнце" может казаться раза в три больше Солнца, видимого глазом. Любопытно, что с увеличением длины волны эта разница только возрастает. Но отсюда следует, что если за Солнцем и на самом деле окажется какой-то далекий и почти "точечный" (по видимым размерам) радиоисточник, то при движении Солнца на фоне созвездий может произойти своеобразное затмение. Только на этот раз затмеваться будет не Солнце, а тот далекий источник. И затмевать его будет не только видимый диск Солнца, но и его гораздо больший невидимый радиодиск. Очевидно, по продолжительности такого "радиозатмения" удается выяснить, как далеко от Солнца простирается его корона.

Пока что все эти рассуждения (впервые в 1951 году опубликованные советским радиоастрономом В. В. Виткевичем) выглядят отвлеченными, чисто теоретическими. По счастливому стечению обстоятельств, метод Виткевича удалось применить и на практике.

Рис. 41. Взлет исполинского протуберанца - одно из проявлений солнечной активности

Годовой путь Солнца по небосводу проходит через созвездие Тельца. А в этом созвездии есть уже знакомая нам Крабовидная туманность - далекий источник космических радиоволн. В июне каждого года Солнце проходит вблизи этой туманности, а значит, представляется удобный случай пронаблюдать необычное "радиозатмение".

Это и было сделано, причем не один раз. В 1952 году удалось проследить влияние короны на радиоволны до расстояний в десять солнечных радиусов. Позже были уловлены тем же методом следы короны на удалениях, в 55 раз превышающих видимый радиус Солнца. Выходит, что наблюдаемая глазом солнечная корона - лишь самая плотная часть этой внешней оболочки Солнца. На самом деле корону окружает сверхкорона исполинских размеров. Но где все-таки кончается сверхкорона?

Зная, как убывает плотность вещества в солнечной короне, можно подсчитать, чему равна эта плотность на расстоянии Земли от Солнца. В частности, можно предвидеть, сколько окажется в единице объема околоземного пространства выброшенных Солнцем электронов. Каково же было удивление астрономов, когда датчики космических ракет сообщили о том, что в окрестностях Земли электронов как раз столько, сколько и должно получаться по прогнозам. Но отсюда следует вывод поистине поразительный: солнечная корона простирается до земной орбиты, а возможно, и еще несколько дальше. Значит, мы живем "внутри" Солнца, в самых разреженных частях его короны!

Теперь, после такого открытия, становятся более понятными многообразные связи между солнечной активностью и земными явлениями.

С увеличением числа пятен на Солнце учащаются и становятся более яркими полярные сияния, чаще происходят магнитные бури и нарушения радиосвязи на коротких волнах. Влияет Солнце и на погоду, и на землетрясения, и на размножение животных, и на многое, многое другое. Но что особенно важно, с солнечной активностью связаны некоторые болезни человека, состояние его нервной и сосудистой систем. Сейчас уже трудно указать такие земные явления, на которых так или иначе не сказывалась бы деятельность Солнца.

Удивительно? Пожалуй, нет. Ведь мы - дети Солнца. Без солнечного тепла и света немыслима и жизнь на Земле. И эта жизнь протекает "внутри" Солнца.