Рудольф Сворень - В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]

Все сделанные на сессии доклады можно условно разделить на две группы — «Вещество» и «Космос». И сейчас нам предстоит перейти границу между этими группами: с первым докладом космической тематики на сессии выступил доктор физико-математических наук Николай Семенович Кардашев, ныне член-корреспондент АН СССР.

В марте 1968 г. в печати появилось сенсационное сообщение об открытии на звездном небе четырех источников радиоизлучения, от которых на Землю регулярно поступали импульсные сигналы, причем импульсы следовали друг за другом с поразительной точностью. Этим объектам дали название «пульсары».

Само открытие пульсаров очень напоминало события из известного фантастического романа «Андромеда». В этом совместном произведении английского астрофизика профессора Ф. Хойла и писателя Д. Эллиота рассказано о том, как радиоастрономы приняли из космоса странные сигналы, а затем, в секретном порядке продолжая исследования, установили контакт с представителями внеземной цивилизации.

Английские радиоастрономы Мюллардской обсерватории Кембриджского университета летом 1967 г. закончили строительство радиотелескопа, на котором предполагалось изучать быстрые изменения интенсивности излучения радиоисточников, обусловленные рассеянием радиоволн на облачках плазмы. Такие облачка выбрасываются из Солнца и движутся в межпланетном пространстве с большой скоростью. Радиоволны, приходящие от далеких источников, преломляются в облачках плазмы, и уровень радиоизлучения, принимаемого на Земле, из-за этого слегка колеблется. Для регистрации таких колебаний новый радиотелескоп был снабжен специальной аппаратурой, которая позволяла записывать очень быстрые изменения сигнала.

Систематические наблюдения неба с такой аппаратурой ранее не проводились, и в этом, между прочим, нет ничего странного. Для того чтобы регистрировать быстро меняющиеся радиосигналы, нужно принести в жертву такое качество радиоприемного устройства, как чувствительность. Известные космические радиоисточники дают достаточно постоянное по интенсивности излучение, и поэтому не имело смысла ухудшать чувствительность радиотелескопа в надежде на прием коротких радиоимпульсов. Появление их, по-видимому, просто не считалось вероятным.

И вот с такой аппаратурой 6 августа 1967 г. молодая аспирантка Жакелин Белл при наблюдении созвездия Лисички зарегистрировала очень странный сигнал — на ленте скоростного самописца оказались периодически повторяющиеся импульсы. Вскоре были найдены еще три аналогичных пульсирующих источника радиоизлучения.

Первоначально открытие не было принято всерьез. Дело в том, что радиоастрономы довольно часто обнаруживают импульсные сигналы на своих лентах. Их дают попадающие в радиотелескоп излучения радиолокационных станций, телевизионных передатчиков, систем связи со спутниками и другие помехи (разумеется, с точки зрения радиоастрономов), создаваемые земной цивилизацией. Однако, к удивлению сотрудников Мюллардской обсерватории, систематическое наблюдение обнаруженных четырех объектов не привело к отождествлению их с каким-либо видом земных помех. Были отвергнуты и такие объекты, как спутники, — координаты открытых источников излучения не менялись ни в течение суток, ни изо дня в день. А это говорило о том, что источники излучения находятся далеко от Земли.

Открытие настолько поразило ученых, что было решено сохранить полученные данные в тайне до выяснения природы этих новых объектов. Почти полгода никто (даже сотрудники ближайшей радиообсерватории Джодрел Бэнк) не знал, что в Кембридже начаты исследования нового типа объектов. Первое сообщение о них появилось лишь после того, как астрономы поняли, что принимаемые сигналы не связаны с внеземными цивилизациями, и поэтому их изучение «вряд ли окажется вредным для человечества».

Уже предварительные измерения и расчеты показали, что пульсары — сравнительно близкие объекты, они находятся в пределах нашей Галактики. У астрономов, правда, существует свое собственное мнение о том, что такое «далеко» и что такое «близко». «Диаметр» нашей Галактики около 100 тыс. св. лет. Это, конечно, гигантская величина даже по сравнению с огромным расстоянием от Земли до Солнца, которое составляет 8 св. мин (не говоря уже о тоже неблизком расстоянии Земля — Луна, которое чуть больше световой секунды). Но в то же время радиотелескопы принимают сигналы из звездных миров, удаленных от нашей Галактики на расстояние 10 млрд. световых лет. Естественно, что по сравнению с такими расстояниями пульсары находятся совсем недалеко от Земли; почти что рядом.

Важное свойство пульсаров — сильная линейная поляризация излучения.

Поднесите натертую о шерсть гребенку к клочкам бумаги и убедитесь, что электрическое поле действует в определенном направлении. Точно так же существует направленность — поляризация— электрической составляющей радиоволн. В этом тоже легко убедиться опытным путем — попробуйте поставить диполь телевизионной антенны не горизонтально, а вертикально, как качество приема резко ухудшится. Потому что телепередатчик посылает сигналы с горизонтальной поляризацией — горизонтальной направленностью электрической составляющей электромагнитных волн. Обычно в объектах, за которыми наблюдает радиоастрономия, излучение создают электроны, хаотически движущиеся в разных направлениях. И поэтому в излучении таких объектов не преобладает какое-нибудь одно направление поляризации.

Каков же механизм генерации радиоимпульсов? Что собой представляет само излучающее тело, сам пульсар?

Для ответа на первый вопрос физика представляет ограниченное число возможностей. Мощность радиоизлучения пульсара столь велика (импульсная мощность — около 10 22Вт), а размеры объекта столь малы, что появление радиоимпульсов не может быть связано с независимым излучением отдельных электронов (как это бывает обычно у большинства астрономических объектов). Наблюдаемая мощность излучения может появиться только в двух случаях. Либо большое количество электронов колеблется синхронно, подобно тому как это происходит в антенне нашего земного радиопередатчика. Либо в пульсарах происходит нечто похожее на когерентное излучение в лазерах. И в том и в другом случае электроны при излучении должны двигаться со скоростями, близкими к скорости света.

Вопрос о том, что представляет собой пульсар как космическое тело, много сложнее. Первоначально обсуждалось несколько гипотез. Согласно одной из них пульсары — это белые карлики, т. е. самые плотные из наблюдаемых звезд. Вещество в них сжато настолько сильно, что оно, вероятно, больше похоже на твердое тело, чем на газ, несмотря на то что температура внутри звезды может доходить до сотен миллионов градусов. Радиус белого карлика — несколько тысяч километров, масса примерно такая же, как у Солнца, или несколько меньше.