Две вселенные в одной

Тысячелетиями световое окно было для землян единственной щелью в окружающие бездны космоса.

Тысячелетиями астрономы несли непрерывную вахту у этого окна.

И вдруг революция! Открыта вторая щель - радиоокно. Через него люди увидели новую потрясающую картину. Имя ей - радиовселенная.

Первые радиовестники из космоса были приняты американским инженером Янским. Он изучал помехи земным радиолиниям на волне 15 метров и наткнулся на новое явление. В его первой публикации (1932 г.) мы читаем: "Полученные данные... указывают на присутствие трех отдельных групп шумов: группа 1 - шумы от местных гроз; группа 2 - шумы от дальних гроз; группа 3 - постоянный шум неизвестного происхождения.

Направление третьей группы шумов постепенно изменяется в течение дня, делая почти полный оборот за 24 часа. Есть указания, что источник этих шумов каким-то образом связан с Солнцем".

Впоследствии оказалось, что в данном случае Янский напрасно подозревал наше светило. Источник оказался в миллионы раз дальше. Помехи исходили из центра Млечного Пути, который сильнее проявляет себя на радиочастотах, чем в оптическом участке.

Работа Янского осталась почти незамеченной. Во всем мире нашелся только один последователь - американский радиоинженер Рибер. Он собственными силами построил у своего дома первую параболическую антенну и провел серию наблюдений. Им, в частности, было открыто радиоизлучение Солнца (1940 г.).

Исследования Рибера привлекли внимание астрономов. Однако начавшаяся вторая мировая война приостановила эти работы.

Любопытный факт был обнаружен в Англии 26 - 28 февраля 1942 года. Работа радиолокатора дальнего обнаружения была нарушена действием очень сильных помех. Вначале считали, что эти помехи создает противник. Но более глубокий анализ показал, что они - результат гигантской солнечной вспышки, которая была зарегистрирована оптически 28 февраля 1942 года.

Развитие радиоастрономии началось после войны. За эти годы получено много поразительных результатов. Было установлено, что источниками радиоизлучения являются различные космические объекты - Солнце, звезды, многие туманности, отдельные области Галактики, межзвездное вещество, Луна и т. д.

Различают два вида радиоизлучения - тепловое и нетепловое. Первое, связанное с тепловым движением заряженных частиц вещества, увеличивается с повышением температуры излучателя. Всякое тело на Земле и в космосе является источником теплового излучения. Оно имеет широкий спектр частот. Интенсивность излучения его в разных участках спектра различна, а величина хаотически меняется во времени и очень напоминает тепловые шумы радиоприемника.

Но каждое нагретое тело излучает не только радиоволны, но и свет и тепло. В зависимости от температуры доля этих излучений меняется. Высокая температура - тело излучает много света и тепла, радиоволн же очень мало. Слабо нагретые предметы, например человеческое тело, излучают в основном тепло (инфракрасный участок спектра).

При нетепловом излучении радиоволн действуют другие силы. Это могут быть гигантские электрические разряды, ускоренное и замедленное движение частиц за счет влияния магнитных полей, синхротронное излучение быстрых электронов в магнитном поле и т. д. Распределение энергии по спектру при нетепловом излучении существенно отличается от теплового: она может быть максимальной в радиодиапазоне и почти не наблюдаться в оптическом.

Какие же плоды сняты с радиоастрономической ветви уже сегодня?

Во-первых, радиометодами получена (пока, правда, не полная) картина радиовселенной. Она не только дополняет оптическую, но и имеет самостоятельную ценность. Здесь обнаружены объекты, которые оптически вообще невидимы.

Во-вторых, радиоволны в ряде случаев испытывают меньшее поглощение в космической среде, чем оптические. Например, скопления межзвездной пыли прозрачны для радиоволн и непрозрачны для световых. Следовательно, радиоастрономия как бы раздвинула пределы доступной нам вселенной.

Что мы обнаруживаем в картине радиовселенной?

Первое - это радиошумы так называемого космического фона (непрерывно распределенные по всему небу, они наблюдаются в метровом и дециметровом диапазонах). Величина этого фона меняется с изменением частоты наблюдения и участков наблюдаемого неба. Выдвинуты гипотезы, объясняющие происхождение этого излучения. Одна из компонент фона приписывается туманностям, связанным с горячими звездами. Другая компонента, равномерно распределенная по небу, невидимому, связана с излучением так называемых релятивистских, или очень быстро движущихся в магнитном- поле Галактики, электронов.

На непрерывном фоне космического шума выделяются отдельные, так называемые дискретные (по пространству), или точечные, источники шума. Таких источников обнаружено на небе около десяти тысяч. Из них изучена только небольшая часть.

В солнечной системе самое мощное излучение, естественно, принадлежит нашей звезде. Их два вида: тепловое радиоизлучение спокойного Солнца и мощные излучения возбужденного Солнца. Обнаружены также радиоизлучения Меркурия, Венеры, Марса, Сатурна и Юпитера.

Самым мощным дискретным источником радиоизлучения за пределами солнечной системы является источник в созвездии Кассиопеи. Он обозначается Кассиопея-А. Земные приборы регистрируют почти такую же его интенсивность, как у "спокойного Солнца". Читатель, не будьте равнодушны к этому равенству! Вдумайтесь в этот факт! Ведь источник отстоит от Земли в сотни миллионов раз дальше, чем Солнце. Свет от Солнца бежит к нам приблизительно 8 минут, а от Кассиопеи-А - 10 тысяч лет! И, несмотря на это, наши приборы регистрируют примерно одинаковую их интенсивность. А она падает прямо пропорционально квадрату расстояния (см. следующую главу).

Всего в два раза уступает Кассиопее-А по величине излучения радиоисточник в созвездии Лебедя. Значит, если бы наше зрение реагировало не на свет, а на радиоволны (ведь у них единая природа - электромагнитная), то мы могли бы любоваться одновременно тремя солнцами почти равной яркости.

Третий по яркости радиоисточник - Телец-А в созвездии Крабовидной туманности. Эта молодая туманность имеет захватывающую, почти детективную историю.

В 1054 году вспыхнула поразительно яркая звезда, которая была видна даже днем. Звезда светила около полугода и затем угасла. Этот факт и примерное положение ее на небе были занесены в китайские и японские летописи. Указанное положение этой вспышки совпадает с наблюдаемой в настоящее время Крабовидной туманностью. Наблюдения установили, что Крабовидная туманность расширяется во все стороны с колоссальной скоростью - более 1000 километров в секунду. Зная скорость, легко подсчитать, что эта туманность начала свое расширение около 900 лет тому назад. (Удивительно совпадает с записями в летописях, не правда ли!) Отсюда следует вероятная гипотеза, что Крабовидная туманность есть результат грандиозной катастрофы, имевшей место 900+5000 лет тому назад. "Скромная" добавка в 5000 лет связана с временем распространения световой вспышки по трассе Крабовидная туманность - Земля. Такие сверхмощные взрывы звезд получили название вспышек Сверхновых. (вспышки значительно меньшей силы называют вспышками просто новых звезд).

В нашей звездной системе - Галактике это очень редкие явления. Так, за последнюю тысячу лет наблюдались три такие вспышки: в 1054, в 1572 и в 1604 годах. Как и вспышки 1054 года, две последующие также образовали сильные источники радиоизлучения.

Такого типа радиоисточники, являющиеся следствием взрыва Сверхновых звезд, советский астрофизик И. С. Шкловский, автор ряда блестящих исследований, назвал радиотуманностями. (Заметим, что термин "радиотуманность" вдвойне удачен: хорошо отражает природу разбегающихся остатков сверхновых и одновременно напоминает о далеко не ясных еще процессах их сверхмощного радиоизлучения.)

Далее, обнаружено излучение за пределами нашей звездной системы в галактиках Андромеды, Магеллановых Облаков и других. У них обычно наблюдается излучение короны. Обнаружены, кроме того, так называемые "радиогалактики", то есть системы, радиоизлучение которых намного превышает радиоизлучение обычных "нормальных" галактик. Наша Галактика и в этом смысле рядовая и относится к нормальным.

Перечисленные выше источники излучают радиоволны в широком непрерывном спектре частот. Поразительным результатом радиоастрономии было открытий узких линий радиоизлучения Галактики. Одним из источников такого излучения является водород, самый распространенный во вселенной элемент. Мы уже разбирали явление излучения электрона при переходе его на орбиту с более низким энергетическим уровнем. Аналогичное явление имеет место и в возбужденном атоме водорода. Электрон под действием внешних причин "прыгает" на более низкую энергетическую ступеньку и излучает при этом электромагнитное колебание на волне длиной в 21 сантиметр. Излучение этого электрона ничтожно. Однако одновременно их "прыгает" так много, что суммарное их излучение уверенно принимается земными радиотелескопами. Открытие это дало, новое оружие для исследования вселенной. Более того, так как водород буквально вездесущ во вселенной, то каждая высокоразвитая цивилизация должна знать эту" истину, должна владеть этим единым для всех миров стандартом частоты. Так возникла мысль, что именно на этой волне и надо искать разумные сигналы. Но к этому вопросу мы вернемся, заметим лишь, что первая установка для поиска разумных сигналов на нашей планете работала именно на волне в 21 сантиметр. Позже были открыты линии радиоизлучения и на других волнах: 18 сантиметров, 5 и др.

Последние годы ознаменовались открытием новых загадочных объектов радиовселенной - квазизвездных радиоисточников. Им дали сокращенное имя - квазары. Как источники радиоизлучений, они очень мощны, хотя . оптически тождественны весьма слабым объектам звездообразного типа. Квазары находятся где-то у сегодняшних границ наблюдаемой нами части вселенной и, следовательно, очень быстро удаляются. Так, квазар ЗС-9 удален от нас на 10 миллиардов световых лет (!) и удаляется со скоростью 240 000 километров в секунду. (Как видите, эта скорость составляет 0,8 скорости света!) Приходящий от него свет покинул источник, когда солнечная система вообще не существовала. По одной из гипотез квазар - это необычайно гигантская сверхзвезда, ядро возникающей новой галактики. Ее диаметр в несколько раз превосходит диаметр орбиты Земли, а масса составляет миллионы масс Солнца! (Известные до сих пор звезды по диаметру и массе превосходили Солнце не более чем в сотни раз.) Природа квазаров еще не разгадана. Но уже сегодня их наблюдение позволило заглянуть в еще более "далекое прошлое" вселенной. Есть ли это предельная дальность проникновения людей в прошлое нашего мира на сегодня?

Рис. 30

Отнюдь нет! Радиоастрономическими методами обнаружено так называемое реликтовое тепловое космическое излучение. Мы знаем реликтовые живые организмы - растения и животных, - сохранившиеся почти без изменений со времен далеких геологических эпох до наших дней. Например, знаменитый комодский дракон, или варан, гигант из семейства ящериц, был обнаружен на острове Комодо, расположенном к востоку от острова Ява. Длина его 3,5 метра и вес около 100 килограммов.

Но что значит реликтовое электромагнитное колебание? Почему оно есть реликт далеких эпох вселенной? Вспомним модель вселенной, о которой говорилось в первой главе. Мы сейчас живем, правда, совершенно не ощущая это в повседневной жизни, в эпоху расширения, или разбегания, вселенной. А ему предшествовала, по-видимому, эпоха сжатия, при которой вещество имело невообразимо высокую плотность и температуру. Это состояние мира получило название "горячая вселенная".

В таком состоянии вещество дает вполне определенное радиоизлучение на различных частотах. И вот такого типа излучение и было обнаружено в 1965 году. Возникло оно много миллиардов лет назад, задолго до образования галактик и квазаров, и распространяется в космических просторах до сих пор. Этот факт усилил позиции гипотезы о том, что расширению мира предшествовало сжатие. Вот такие потрясающие сведения исторического прошлого уже открылись нам через радиоокно.

Наконец, последние годы принесли новый триумф радиоастрономии: открыт новый вид излучения. Событие это настолько взбудоражило обитателей нашей планеты, что было бы несправедливо не посвятить ему отдельный параграф.