Феликс Зигель - Астрономы наблюдают

• Название: Астрономы наблюдают
• Автор: Феликс Зигель
• Издательство: Наука
• Жанр: Научпоп
• Год: 1985

Автор в доступной, увлекательной форме рассказывает о том, как астрономы наблюдают небо (с древности до наших дней). Читатель познакомится с главными инструментами астрономов в прошлом и настоящем. Он узнает о радиотелескопах и новых технических средствах исследования невидимых космических излучений. В книге уделено внимание жизнеописанию великих астрономов-наблюдателей — творцов астрономической техники. Новое издание книги дополнено рассказом о перспективах наземной астрономии.

Для самого широкого круга читателей, интересующихся астрономией и ее историей.

---

У Луны отражательная способность увеличивается с ростом длины волны. У По и Каллисто она остается почти постоянной. Эти особенности, по-видимому, говорят о наличии атмосфер и у Ио и у Каллисто. Стоит заметить, что ряд наблюдателей отмечали на поверхности главных спутников Юпитера изменчивые полосы и пятна. Впрочем, во всем этом ничего поразительного нет — Ио, Европа, Каллисто и Ганимед весьма крупные тела, по размерам сравнимые не только с Меркурием, но даже и с Марсом. Если бы они обращались не вокруг Юпитера, а вокруг Солнца, мы бы считали их нормальными планетами.

Наблюдения Луны в инфракрасном диапазоне показали, что на ее поверхности есть ряд «горячих точек», температура которых существенно выше окружающей местности. Возможно, именно в этих районах Луны под поверхностью скрыты сравнительно небольшие лавовые очаги. Примечательно, что ряд «горячих точек» Луны совпадает с молодыми лунными кратерами.

Совершенно необычным показалось бы наблюдателю звездное небо, если бы он мог видеть Вселенную в «инфракрасном» свете. Исчезли бы с неба такие привычные созвездия, как Большая Медведица или Орион. Ярчайшая из звезд Сириус стала бы вовсе невидимой и эту участь разделили бы такие яркие звезды, как Вега, Денеб и Ригель. Зато красные звезды (например, Бетельгейзе, Антарес, Альдебаран) остались бы почти неизменными, а некоторые из них даже увеличились бы в яркости.

В целом небо стало бы неузнаваемым. Новые, незнакомые созвездия украсили небосвод. Самыми яркими на нем казались бы холодные звезды с температурой поверхности около 1000 градусов или даже ниже, а также горячие звезды, закрытые облаками пыли, которые играют роль инфракрасного фильтра.

Невидимое ныне ядро Галактики ярко просвечивало бы сквозь облачную пелену. Привлекли бы наше внимание и многие загадочные инфракрасные объекты, природа и происхождение которых пока неясны. В частности, вблизи центра Галактики найден очень небольшой (диаметр 0,3 светового года), но зато мощный инфракрасный источник, поток излучения от которого в 300 000 раз превышает по интенсивности общее излучение Солнца. Столь же таинственно, как этот объект, инфракрасное излучение квазаров, по мощности не уступающее их излучению в других диапазонах.

Приведенные примеры показывают, что инфракрасная техника раскрыла перед астрономами совершенно новые, прежде неизвестные свойства космических объектов. Это, конечно, относится и к другим, невоспринимаемым глазом участкам электромагнитного спектра.

За фиолетовым концом спектра

Коротковолновый участок спектра, отделенный от длиноволнового зоной видимых глазом лучей, состоит из трех типов излучений — ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения. Иногда ту область астрономии, которая использует для изучения Вселенной все эти лучи, называют астрономией высоких энергий. С какими же приемниками излучения приходится работать в этом случае?

Вся трудность приема коротковолнового излучения заключается в том, что для волн с длиной меньшей 200 ангстрем обычные преломляющие и отражающие системы становятся попросту непригодными. Если на участке от 400 до 200 миллимикрон еще кое-как, с большими ухищрениями, удается пользоваться линзами и зеркалами, то для рентгеновской части спектра (не говоря уж о гамма-лучах) кванты[11] становятся такими энергичными, что они запросто пробивают все известные нам материалы, не изменяя первоначального направления полета.

Но если нельзя сфокусировать рентгеновские и гамма-лучи, то как же их исследовать, как построить для них телескоп?

Выход все-таки был найден. Коротковолновое излучение очень энергично, или, как говорят физики, «жестко». Значит, кванты рентгеновских и гамма-лучей по своим свойствам похожи на обычные частицы (скажем, протоны), приходящие из космоса на Землю. Но тогда для регистрации жестких квантов годятся такие же счетчики, какие применяются при изучении космических лучей.

Самый несложный из них — знаменитый счетчик Гейгера-Мюллера. Принцип его действия прост. По оси металлического цилиндра натянута металлическая нить, изолированная от цилиндра. Цилиндр наполнен газом под давлением примерно в восемь раз меньше атмосферного. Между цилиндром и нитью с помощью источника тока создается напряжение, близкое к разрядному: вот-вот между цилиндром и нитью проскочит искра, произойдет разряд.

Так и случится, если внутрь счетчика, пробив его цилиндрическую стенку, вторгается энергичная частица или жесткий квант. Столкнувшись с молекулами газа, они ионизуют их, то есть лишают части электронов, и нейтральная молекула превратится в положительный ион. «Выбитые» электроны устремляются к положительно заряженной нити, ионизуя на своем пути другие молекулы газа. Электроны множатся. За какие-то доли секунды возникает лавина электронов, иначе говоря, происходит разряд.

Теперь должна быть понятна принципиальная схема рентгеновского телескопа. Его основа, его приемное устройство — счетчик жестких квантов. Счетчик заключают в массивный металлический тубус, для того чтобы узнать, откуда приходит рентгеновское излучение. Можно покрывать счетчики пленками различного состава. Тогда разные счетчики будут принимать кванты различной жесткости. Получается что-то вроде спектрографа — появляется возможность выявить состав рентгеновского излучения.

Конечно, такой рентгеновский телескоп очень несовершенен. Один из его главных недостатков — слишком малая разрешающая способность, своеобразная близорукость. Счетчик фиксирует только то излучение, которое пропускает тубус. На практике оказывается, что при этом сразу охватывается обзором участок неба поперечником в несколько градусов. А ведь на такой площади даже в средний обычный телескоп видны тысячи звезд и других объектов. Какой из них посылает рентгеновы лучи, неясно.

В некоторых случаях (при наблюдениях Солнца) придумали приемное устройство, гораздо более зоркое, чем рентгеновский телескоп. В сущности, это не какой-то новый, сложный современный инструмент, а давно известная камера-обскура. В простейшем варианте — это обыкновенная картонная коробка с маленьким отверстием в дне, которое можно проткнуть иглой. Если на место крышки наклеить тонкую папиросную бумагу, камера-обскура готова.

Направьте ее из глубины комнаты на яркое освещенное окно — на папиросной бумаге тотчас появится перевернутое изображение окна.

В современной рентгеновской астрономии при изучении Солнца камера-обскура играет заметную роль. Устройство современных астрономических камер-обскур принципиально совершенно такое же, как и у детской самоделки. Но только на место прозрачной бумаги помещают фотопластинку, а крошечное отверстие камеры закрывают фольгой из бериллия, алюминия или органической пленки. Не будь ее, камера-обскура дала бы видимое глазом изображение Солнца. Непрозрачная заслонка выполняет роль фильтра — она пропускает только рентгеновские лучи.

Камера-обскура создает изображение Солнца с большими подробностями — на снимке можно различить детали, угловые размеры которых близки к минуте дуги. А это уже такая же зоркость, как и у человеческого глаза — для начала совсем неплохо.

Теперь посмотрите, как выглядит гамма-телескоп (рис. 43). Пришедшие из космоса жесткие гамма-кванты поступают сначала в особый радиатор А, внешне несколько напоминающий слоеный пирог (кстати, его называют иногда кристаллом-сандвичем).

Рис. 43. Схема гамма-телескопа.

Взаимодействуя с веществом этого «сандвича», гамма-кванты порождают электроны и позитроны. Эти частицы поступают в свою очередь в особый, так называемый черепковский счетчик.

В отличие от гейгеровского счетчика, где появление частицы или жесткого кванта вызывает электрический разряд, в черенковском счетчике быстро движущиеся частицы порождают особое свечение вещества. Явление это впервые было открыто советским физиком П. А. Черенковым — отсюда и наименование счетчика.

Конечно, свечение это очень слабое, и его приходится усиливать с помощью так называемых фотоумножителей. Но так или иначе, гамма-телескоп регистрирует приходящие гамма-кванты, и можно даже с помощью дополнительных устройств рассортировать их на более жесткие и менее жесткие.

«Близорукость» гамма-телескопа очень велика.

Угол зрения, или конус видимости, определяется, очевидно, размерами радиатора и счетчика. В современных гамма-телескопах регистрируется поступление гамма-квантов с участка неба поперечником 30–35°. Из всех существующих телескопов гамма-телескопы в этом отношении самые несовершенные, самые «близорукие».

И все-таки, как и рентгеновские телескопы, их выносят на границу атмосферы и за ее пределы. И они уже сегодня доставили нам множество интереснейших сведений о невидимом коротковолновом излучении небесных тел. Не исключено, что некоторые волнующие нас загадки (скажем, природа сверхплотных и очень маленьких по размеру нейтронных звезд) будут решены именно этими средствами.