Алексей Левин - Белые карлики. Будущее Вселенной

Но и это еще не все. В 1860 г. отцы-основатели спектрального анализа Роберт Вильгельм Бунзен и Густав Кирхгоф доказали, что линии поглощения в спектре солнечного света принадлежат определенным химическим элементам. Их результаты положили начало новой науке — астрофизике. А без астрофизики не было бы открытий, которым посвящена наша книга.

Полвека назад, в седьмом десятилетии прошлого столетия, были созданы теория кварков и теория электрослабых взаимодействий, которые вскоре легли в основу Стандартной модели элементарных частиц. Однако самый (по крайней мере, на мой взгляд) богатый улов замечательных открытий пришелся на долю совсем молодой науки — радиоастрономии. Вот список ее главных достижений по годам:

• 1962 г. — обнаружено вращение Венеры и определена температура ее поверхности.

• 1963 г. — установлена внегалактическая природа квазаров.

• 1964 г. — открыто вращение Меркурия и произведена термометрия его поверхности.

• 1964 г. — открыто микроволновое реликтовое излучение.

• 1965 г. — открыты космические мазеры.

• 1968 г. — обнаружены пульсары.

Три пункта из этого перечня особенно повлияли на прогресс всего комплекса наук астрономического цикла. Это открытия квазаров и пульсаров и детектирование реликтового излучения. Квазары были впервые замечены в первой половине 1960-х гг., реликтовое излучение — в точности в середине этого десятилетия, пульсары — ближе к его концу. Каждое из этих великих достижений заслуживает отдельного повествования. В этой главе будет рассказано об открытии квазаров и пульсаров, в следующей — об открытии реликтового излучения. Но сначала вспомним, как возникла радиоастрономия.

В 1927 г. американская корпорация Bell запустила первый трансатлантический радиотелефон. Из-за множества помех связь была далека от совершенства, и 23-летний физик Карл Янский получил задание разобраться, почему это происходит. Он смонтировал в Холмделе в штате Нью-Джерси 10 вертикальных прямоугольных рамочных антенн, объединенных в единую цепь и установленных на вращающейся 30-метровой раме. Система была настроена на прием сигналов на частоте 20,5 МГц (14,6 м).

В 1930 г. Янский обнаружил очевидные и предсказуемые источники помех — далекие и близкие грозы. Однако в наушниках все время раздавалось слабое шипение, причина которого не поддавалась объяснению. К 1932 г. он выяснил, что загадочные помехи меняются с периодичностью звездных суток (23 часа 56 минут) и, следовательно, возникают за пределами Солнечной системы. В дальнейшем стало понятным, что это излучение исходит из Млечного Пути — то есть из плоскости нашей Галактики.

Янскому повезло вдвойне. Как раз в те времена плотность солнечных пятен была минимальной и по ночам ионосфера отлично пропускала 15-метровые радиоволны. В период активного Солнца «карусель Янского» оказалась бы бесполезной.

Открытие межзвездных волн, как их называл Янский, вызвало немалый шум — в мае 1933 г. о нем даже написала газета The New York Times . Янский пытался убедить руководство корпорации построить 30-метровую тарелочную антенну для изучения космических радиосигналов. Но менеджеры щедрости не проявили и перебросили его на другой проект. У астрономических обсерваторий тоже не было ни денег, ни желания тратиться на радиоаппаратуру. Янский изложил свои результаты в четырех статьях (две — в инженерном журнале, одна — в Popular Astronomy и лишь одна — в серьезном научном журнале [38] Karl, G. Jansky. Radio Waves from Outside of the Solar System // Nature (1933), 132: 66. ) и на этом распрощался с астрономией.

Однако дело Янского не пропало. На его работы обратили внимание молодой радиоинженер Гроут Ребер и физик из Мичиганского университета Джон Краус. Краус в 1933 г. соорудил небольшой радиотелескоп с отражающей антенной, но не смог ничего поймать из-за малой чувствительности приемника. После Второй мировой войны он основал радиоастрономическую обсерваторию при Университете Огайо и написал классический учебник по новой науке. Ребер пошел много дальше и в 1937 г. построил на пустыре около родительского дома первый радиотелескоп с поворотной параболической антенной. Отладив свое детище, он приступил к регулярным наблюдениям и в 1942 г. опубликовал карту радионеба Северного полушария.

Изучением радионеба занялись и другие энтузиасты. В 1942 г. англичанин Джеймс Стэнли Хэй поймал радиосигналы Солнца. В 1942–1943 гг. радионаблюдения нашего дневного светила вели Ребер и Джордж Саутворт, известный американский радиоинженер, один из создателей радиоволноводов. В те же годы разработчики немецких радаров фактически заметили отражение радиоволн от поверхности Луны, но об этом стало известно лишь после войны.

Бурное развитие радиоастрономии началось после 1945 г. Этому сильно поспособствовали работы над радарами систем ПВО. В частности, в Англии в астрономию пришли талантливые молодые исследователи, служившие во время войны на радарных станциях. Британское правительство передало ученым несколько работоспособных установок, к тому же английские и голландские астрономы получили в свое распоряжение трофейные немецкие радиолокаторы с 740-сантиметровыми антеннами. После перенастройки эта аппаратура была использована для поиска космических радиосигналов.

Это было лишь начало. Вскоре (сперва в Англии, а потом и в других странах) принялись строить крупные радиотелескопы с антеннами в десятки метров (поначалу неподвижными, а затем и поворотными), а потом и системы из нескольких связанных радиотелескопов — радиоинтерферометры. В 1960-е гг. появились фазированные решетки с тысячами антенн, интегрированных в единые (и вскоре компьютеризованные) сети. Эти нововведения в сочетании с более совершенной аппаратурой для усиления и фильтрации радиосигналов (в частности, мазерами и параметрическими усилителями) значительно увеличили чувствительность радиотелескопов и их угловое разрешение. Радиоастрономия превратилась в большую науку, важнейшую компоненту всего комплекса исследований небесных явлений. В 1960-е гг. она стала такой же серьезной дисциплиной, как и оптическая астрономия.

В истории открытия квазаров особенную роль сыграли две обсерватории — английская и австралийская. В 1952 г. неподалеку от знаменитой Кавендишской лаборатории вступил в действие радиотелескоп оригинальной конструкции, вошедший в историю астрономии как Кембриджский интерферометр. Он состоял из четырех неподвижных цилиндрических антенн, которые действовали как интегрированная система, осуществляющая функции двойного интерферометра. Этот телескоп был создан двумя будущими нобелевскими лауреатами — руководителем Радиоастрономической группы Кембриджского университета (нынешнее название — Кавендишская астрофизическая группа) Мартином Райлом и его коллегой Энтони Хьюишем. Установку использовали для сканирования космического пространства, результатом которого стала публикация двух обширных списков радиоисточников — Второго и Третьего Кембриджских каталогов радиоисточников (первый каталог был составлен ранее на основе информации, полученной другой обсерваторией). Третий каталог (в сокращении — 3С), в который вошли 470 космических объектов, был закончен в 1959 г.