Мы познакомились с двумя главными вестниками далеких миров — световыми лучами и радиоволнами. Но они составляют лишь часть обширного семейства электромагнитных волн. И один из членов этого семей­ства находится как раз на границе между световым и радиодиапазоном. Это — инфракрасные лучи.

Инфракрасное излучение может рассказать астроно­мам о тех космических объектах, которые имеют срав­нительно низкую температуру, недостаточную для того, чтобы излучать видимый свет или достаточно мощные потоки радиоволн. Подобные объекты весьма интерес­ны, так как они могут представлять собой начальные и заключительные стадии эволюции небесных тел.

Инфракрасный вестник Вселенной обладает чрезвы­чайно ценным качеством. Инфракрасное излучение хо­рошо проходит сквозь космическую пыль и межзвезд­ный газ. Но успешно преодолевая эти космические препятствия, инфракрасные электромагнитные волны не могут пробиться сквозь земную атмосферу. Про­ходя сквозь воздух, они несут значительные потери, и лишь небольшая их часть достигает земной поверх­ности. Особенно сильно поглощает инфракрасные лучи водяной пар, в меньшей степени двуокись углерода и озон.

Бороться с таким поглощением можно единствен­ным способом: поднимать измерительные приборы как можно выше — в горные районы, а еще лучше на стра­тостатах, выше основной толщи атмосферы.

Как известно, человеческий глаз не воспринимает инфракрасное излучение, нечувствительны к нему и обычные фотопластинки. Поэтому для фотографирова­ния космических объектов в инфракрасных лучах аст­рономы пользуются специальными фотоматериалами. Однако и их чувствительность к инфракрасной части спектра тоже довольно низка. Существенную помощь в этой области исследований должна оказать электронная техника.

 В настоящее время уже созданы приборы «земного» инфракрас­ного видения. Улавли­вая инфракрасное из­лучение окружающих предметов, они дают возможность видеть их в полной темноте. Скон­струированы и астрономические и ифракрасные устройства— электронно-оптические преобразо­ватели. Один из таких приборов был создан советскими учеными. Прибор этот, устройство которого напоминает устройство передающей телевизионной камеры, присо­единяется к телескопу. Объектив телескопа создает ин­фракрасное невидимое изображение наблюдаемого объ­екта на полупрозрачной пластинке — фотокатоде. Под влиянием падающих лучей в фотокатоде образуются электроны. Чем сильнее «освещен» участок, тем боль­ше электронов. Эти электроны с помощью специально­го приспособления направляются на флуоресцирующий экран и создают изображение наблюдаемого объекта, но уже видимое. С помощью подобной установки на Симе­изской обсерватории в 1948 г. была впервые получена фотография центрального района нашей Галактики — галактического ядра.

Мы познакомились с двумя вестниками далеких миров, которые в спектре электромагнитных волн имеют большую длину волны, чем видимый свет. Еще три электромагнитных вестника располагаются в области более коротких волн. Это — ультрафиолетовые, рентге­новские и гамма-лучи.

Как известно, электромагнитное излучение состоит из отдельных порций, так называемых фотонов. Чем больше длина волны, тем меньше энергия фотонов. Фо­тоны гамма-лучей в 1020 раз более энергичны, чем фо­тоны радиоволн. Но тем не менее земная атмосфера является для коротковолновых излучений почти неодо­лимым препятствием.

Если фотографии в «близкой» ультрафиолетовой об­ласти, расположенной непосредственно за фиолетовыми лучами видимого света, еще можно получить с по­мощью обычных наземных телескопов и специальных фотопластинок, то более «далекий» ультрафиолет сде­лался доступным только тогда, когда появилась воз­можность ракетных исследований.

Сначала приборы, установленные на борту высотных ракет, зарегистрировали ультрафиолетовый спектр Солн­ца. А затем американским ученым в 1959 г. удалось по­лучить и «ультрафиолетовый портрет» нашего дневного светила. Любопытно, что на фотокамере, с помощью которой было получено это уникальное изображение, пришлось установить не обычный стеклянный объектив, задерживающий ультрафиолетовые лучи, а объектив, изготовленный из фтористого лития.

На своем новом портрете наше дневное светило предстало перед астрономами в совершенно необычном виде. Но именно эта необычность и представляла инте­рес для ученых. Сравнивая «ультрафиолетовое Солнце» с «видимым», можно было узнать много нового о физи­ческих явлениях, протекающих па его поверхности.

Ультрафиолетовая астрономия на наших глазах ста­новится важным инструментом в изучении Солнца. Но только ли Солнца? Отнюдь нет. Ведь источниками уль­трафиолетового излучении могут быть и другие небес­ные тела. Более того, можно ожидать, что некоторые звезды основную часть своей энергии излучают именно в ультрафиолетовой части спектра. К такому выводу пришел, например, академик В. А. Амбарцумян отно­сительно горячих голубых звезд.

Теперь космический детектив повернулся не совсем обычной стороной — речь шла на этот раз не о расшиф­ровке какого-либо загадочного явления, а о поиске впол­не определенных «следов», ожидаемых учеными.

Итак, надо было получить ультрафиолетовый порт­рет всего неба, своеобразную ультрафиолетовую небес­ную карту и посмотреть, что она собой представляет. Для этой цели ученые решили сначала произвести фо­тографирование неба в ультрафиолетовых лучах водо­рода, в так называемой спектральной линии «лаймап-альфа». Такое решение возникло не случайно. Было заведомо известно, что водород должен обязательно входить в состав не только Солнца, но и других звезд.

Прибор для съемки установили на борту ракеты, ко­торую во время полета сознательно не стабилизировали. Беспорядочно вращаясь и кувыркаясь, она заставила объектив фотокамеры осмотреть все небо. Долгождан­ные фотографии были получены.

И вот тут-то ультрафиолетовый поиск голубых звезд обернулся самым настоящим детективом. Никаких го­лубых звезд на фотоснимках не оказалось. И вообще не было никаких отдельных источников ультрафиолетового излучения, за исключением Солнца. Оно выглядело яр­ким пятном, самым ярким на всей ультрафиолетовой карте, а по мере удаления от него сила свечения плав­но уменьшалась. И только в точке прямо противопо­ложной Солнцу — «антисолнечной» точке, располагалось темное пятно.

Это пятно и послужило тем кончиком путеводной нити, за который ухватились астрономы. Если есть «ан­тисолнечное» пятно, значит, линию водорода излучают не различные космические объекты, а само Солнце. Иначе светилось бы все небо либо на снимке были бы и другие темные пятна. В пользу подобного предполо­жения говорило и то, что яркость свечения возрастала по мере приближения к Солнцу. Вырисовывалась такая картина: солнечный водород излучает, а какие-то неве­домые «ретрансляторы», расположенные со всех сторон, переизлучают этот ультрафиолетовый «свет». Но что они собой представляют?

Единственный ответ на этот вопрос заключается в том, что наша Земля окружена со всех сторон весьма разреженной газовой оболочкой — геокороной,— состоя­щей из атомов водорода и простирающейся на расстоя­ние до 50 тыс. км. Именно эти водородные атомы и иг­рают роль своеобразных ретрансляторов линии «лаймап-альфа». Наша планета оказалась «коронованной».

Расшифровав первую ультрафиолетовую карту, аст­рономы решили сделать следующий шаг. Свечение гео­короны мешает получить фотографию неба в линии «лаймап-альфа». А что если попытаться перейти на дру­гую длину волны? Регистрирующие приборы снабдили специальными фильтрами, однако результат вновь ока­зался неожиданным. Вместо одиночных звезд на ультрафиолетовой карте были обнаружены отдельные раз­мытые пятна. Правда, пятна эти располагались не как попало, а группировались около горячих голубых звезд.

Вновь начался теоретический поиск. Наконец и но­вая карта была расшифрована. Оказалось, что на этот раз виновником образования загадочных пятен явился околозвездный водород. Поглощая ультрафиолетовое излучение, идущее от звезд, он переизлучает его, но только с несколько большей длиной волны.

Чтобы «отстроиться» и от этого излучения, пришлось принять еще более жесткие меры, другими словами, установить дополнительные фильтры. И тогда, наконец, длительный поиск увенчался успехом. Были обнаруже­ны точечные источники ультрафиолетового излучения, которые, возможно, и представляют собой не что иное, как ультрафиолетовые звезды. Гипотеза академика В. А. Амбарцумяна о существовании подобного рода объектов получила хорошее подтверждение.

А тем временем шло освоение «пятой астрономии» — астрономии рентгеновских лучей. И здесь теория шла впереди эксперимента. Советский астрофизик член-корр. АН СССР И. С. Шкловский предсказал, что внешняя оболочка солнечной атмосферы — солнечная корона дол­жна испускать рентгеновские лучи. Группа американ­ских ученых во главе с проф. Фридманом решила вы­яснить, насколько справедливо подобное предположение. Разумеется, речь шла о ракетном исследовании, потому что космическое рентгеновское излучение полностью по­глощается атмосферой.

Для улавливания рентгеновских лучей нужна была специальная аппаратура, не похожая на обычные аст­рономические инструменты. Дело в том, что эти лучи не подчиняются законам обычной геометрической опти­ки, их нельзя отразить с помощью зеркала или собрать с помощью линзы. Поэтому главным оружием служили специальные счетчики, которые регистрируют каждый попадающий на них рентгеновский фотон. Прикрыв счет­чики специальными пленками различной толщины, мож­но пропускать фотоны определенных энергий и таким образом получать представление о спектральном соста­ве излучения. Можно определять и направление движе­ния рентгеновских фотонов. Для этого счетчик помеща­ют па дно металлического тубуса. Чем длиннее такой тубус, тем точнее можно установить, откуда пришел фотон. Разумеется, точность такого метода определения направления значительно уступает точности оптической или радиоастрономии.

 Уже первый эксперимент Фридмана обнаружил рентгеновское излучение Солнца и подтвердил предположе­ние И. С. Шкловского. Рентгеновские наблюдения наше­го дневного светила стали быстро развиваться. Ученые решили применить устройство, напоминающее камеру-обскуру, отверстие которой закрыто алюминиевой фольгой, пропускающей рентгеновские лучи и задерживающей видимый свет и ультрафиолетовые лучи. С по­мощью такого приспособления можно было приступать к получению рентгеновского снимка Солнца.

Еще более совершенная аппаратура была применена советскими исследователями. В марте 1964 г. в Ака­демии наук СССР демонстрировалась рентгеновская фотография Солнца, сделанная с борта ракеты специ­альным автоматическим устройством. «Рентгеновский фотоаппарат» представлял собой прочный металличе­ский цилиндр с 12 отверстиями — объективами, закры­тыми алюминиевыми и полимерными пленками. Фото­графирование началось на высоте 170 км, когда от­крылся люк ракеты, и продолжалось до высоты около 500 км, а также на участке снижения. Потом люк ав­томатически закрылся и прибор приземлился с помощью парашюта.

Что же представляет собой рентгеновская карта Солнца? Па этом необычном снимке диск нашего днев­ного светила кажется почти черным. На темном фоне выделяются три яркие области. Как показало сравнение с обычными фотографиями, эти области расположены над активными зонами солнечной поверхности.

Солнце было первым небесным объектом, от которо­го удалось получить «информацию» в рентгеновской части спектра. Но если рентгеновские лучи испускает Солнце, то их должны испускать и другие космические объекты и в первую очередь другие звезды. Одна­ко на первых порах ракетные исследования никаких новых источников рентгеновского излучения не обна­ружили.

И лишь в апреле 1963 г. во время запуска очеред­ной ракеты группой Фридмана были зарегистрированы сразу два неизвестных ранее источника рентгеновского излучения. Одни из них, довольно мощный, оказался расположенным в созвездии Скорпиона; другой, несколь­ко более слабый — в созвездии Тельца в районе знаме­нитой Крабовидной туманности.

Так были обнаружены следы нового вестника Все­ленной. Но эти следы предстояло еще разгадать. Надо было найти ответ на вопрос: какова физическая приро­да источника космических рентгеновских лучей, какие процессы порождают это коротковолновое электромаг­нитное излучение?

С теоретической точки зрения существовало по мень­шей мере две возможности. Еще за несколько лет до описанных событий было установлено, что Крабовидная туманность представляет собой очень мощную космиче­скую «радиостанцию». Вскоре ученые пришли к выво­ду, что радиоизлучение туманности порождается движе­нием очень быстрых электронов в магнитных полях. Электроны, обладающие еще большим запасом энергии, дают излучение в видимой части спектра. Поэтому вполне естественным казалось предположение, что и рентге­новское излучение Крабовидной туманности также обя­зано своим происхождением движущимся электронам, но только еще более энергичным.

Однако существовала и другая гипотеза, которой от­давали предпочтение многие ученые, если не большин­ство. Сторонники этой гипотезы считали, что источником рентгеновского излучения является не вся Крабовидная туманность, а расположенная внутри нее маленькая сверхгорячая звезда.

Разрешить подобный спор могли, разумеется, только наблюдения. Но, к сожалению, возможности современ­ных рентгеновских «телескопов» слишком невелики, что­бы дать надежный ответ на подобный вопрос.

Правда, можно было бы поставить такой экспери­мент: постепенно перекрывать какой-либо «заслонкой» излучение туманности и следить за тем, как меняется число регистрируемых счетчиком рентгеновских фото­нов. Если верна первая гипотеза и излучает вся туман­ность, то интенсивность рентгеновских лучей будет ме­няться постепенно. Если же источником излучения слу­жит отдельная звезда, то интенсивность будет до поры до времени оставаться постоянной, а в какой-то момент сразу упадет до нуля. К сожалению, организация подобного космического эксперимента пока что вне возможностей человека. Но, к счастью для астрономов, этот эксперимент ставит сама природа. Крабовидную туманность приблизительно один раз в 9 лет закрывает Луна.

Конечно, девять лет ожидания — срок немалый. Но, увы, это неизбежное неудобство, с которым сталкивают­ся ученые в тех случаях, когда они не могут произвести эксперимент, а вынуждены лишь наблюдать то, что само собой совершается в окружающем мире.

Однако на этот раз астрономам явно повезло. Рент­геновское излучение Крабовидной туманности было об­наружено весной 1963 г., а уже летом 1964 г. долж­но было состояться очередное покрытие туманности Луной.

Разумеется, исследователи не преминули воспользо­ваться «любезностью» природы. Необходимые наблюде­ния состоялись, и ответ на вопрос, волновавший астро­номов, был получен: излучает не одиночная звезда, а туманность в целом.

Казалось бы, тем самым была раскрыта природа также и второго рентгеновского источника в созвездии Скорпиона.

Однако в астрономии подобные выводы по анало­гии — вещь довольно опасная. Вселенная настолько разнообразна, что сходные явления могут порождаться со­вершенно различными причинами. Тем более, что источ­ник в Скорпионе в восемь раз мощнее, и в том месте, где он находится, нет никаких примечательных объек­тов — ни звезд, ни туманности, ни источников радиоизлу­чения.

Единственный в своем роде объект, тем более со­вершенно неизвестной природы, изучать вообще чрез­вычайно трудно: пока он единственный, его не с чем сравнивать.

 

Поэтому о физической природе источника в Скор­пионе можно было только гадать до тех пор, пока уче­ные не открыли еще несколько подобных же источников (хотя и несколько более слабых). И ни один из них не совпадал с каким-либо радиоисточником. В связи с этим большинство астрономов пришло к выводу, что за­гадочные источники рентгеновских лучей — это так на­зываемые нейтронные звезды. Нейтронные звезды — осо­бый тип космических объектов. Их существование было теоретически предсказано много лет назад, но до по­следнего времени их не удавалось наблюдать.

Развивается и последняя из возможных видов элект­ромагнитной астрономии — гамма-астрономия. Этот ме­тод связан с изучением самого коротковолнового вест­ника Вселенной, как говорят физики, самого «жесткого» электромагнитного излучения.

 

Приглашаем Вас обсудить данную публикацию на нашем форуме о космосе.

Комаров В. Н. «Увлекательная астрономия» 1968 год. «Наука»