Говорит Вселенная
На протяжении нескольких столетий астрономы вынуждены были довольствоваться изучением окружающего мира лишь через сравнительно небольшое оптическое «окно прозрачности» в атмосфере. Второе «окно прозрачности» электромагнитных волн, расположенное в радиодиапазоне, долгое время не удавалось использовать. Дело в том, что космическое радиоизлучение, по сравнению со световыми лучами, несет с собой ничтожную энергию. И уловить его можно лишь при помощи чрезвычайно чувствительных приемников радиоволн.
История радиоастрономии — науки о радиоголосах Вселенной — напоминает увлекательный приключенческий роман. Здесь были и неоправдавшиеся сенсации, и неожиданные открытия, и блестящие предвидения.
Первые сообщения о таинственных радиопередачах из космоса появились на страницах газет уже вскоре после того, как было изобретено радио. Какие только предположения не строились па этот счет. Но, увы, загадочные «космические» сигналы оказались просто радиопомехами вполне земного происхождения. Приемники тех времен работали только в диапазоне длинных волн. И такие волны вообще не могут проходить сквозь верхние электропроводящие слои земной атмосферы», так называемую ионосферу.
Настоящая встреча с космическими радиоволнами произошла только в 1931 г. Было замечено, что коротковолновые радиоприемники улавливают какие-то странные сигналы непонятного происхождения. Вскоре удалось установить, что сигналы повторяются через равные промежутки времени, в течение которых Земля как раз успевает совершить очередной полный оборот вокруг своей оси. Это наводило па мысль о том, что таинственные радиостанции расположены где-то за пределами земной атмосферы, в космическом пространстве.
Но одно лишь открытие, даже самое удивительное, само по себе еще не делает пауки. Для этого нужны соответствующие технические средства. А в начале30-х годов таких средств не было. Они появились только в следующем десятилетии. И тогда ученые еще раз встретились с радиоголосами космоса. Встретились совершенно неожиданно и при необычных обстоятельствах.
Это произошло в годы второй мировой войны. Гитлеровская авиация обрушила бомбовые удары на столицу Великобритании Лондон. Первое время фашистские самолеты чувствовали себя безнаказанными. Но вскоре англичане применили секретное оружие... Охрану побережья приняли на себя чуткие антенны радиолокаторов. Невидимыми лучами ощупывали они небо и, принимая отраженные от фашистских самолетов радиоволны, вовремя сообщали противовоздушной обороне об их приближении. Стервятники получали достойный отпор. Небо над Англией было для них закрыто.
И вдруг у фашистов нашелся таинственный союзник. Когда немецкие самолеты появлялись в утренние часы со стороны пролива, эфир заполнялся неизвестными радиосигналами. Они искажали показания локационных станций, путали операторов. На экранах локаторов изображения фашистских самолетов безнадежно терялись в океане помех. Самолеты прорывались к городу и успевали сбросить свой смертоносный груз.
Английское военное командование отдало приказ: во что бы то ни стало обнаружить таинственную радиостанцию помех и любой ценой уничтожить ее. Однако приказ удалось выполнить только наполовину. Неизвестная радиостанция была обнаружена. Но разбомбить ее оказалось выше сил человеческих, так как расположена она была не в Европе, а на расстоянии... 150 млн. км от Земли. Английским локационным станциям мешало своими радиопередачами... Солнце.
Так было обнаружено, что наше дневное светило представляет собой мощную космическую радиостанцию. Собственно говоря, само по себе открытие, о котором идет речь, не было чем-то абсолютно неожиданным. Уже; задолго до этого астрономы и физики предполагали, что многие космические тела должны излучать радиоволны. Еще выдающийся русский ученый Столетов говорил, что Солнце излучает не только свет, но и другие электромагнитные волны.
Окончилась война. Оружие защиты превратилось в оружие наступления. Но повели его не солдаты, а астрономы. Новый «вестник далеких миров» оказался необычайно эффективным. Он во многом обогнал своего предшественника — световые лучи. И в этом нет ничего удивительного, так как радиоволны обладают целым рядом замечательных свойств. Главное из них состоит в том, что они могут свободно проникать сквозь пыль, облака, межзвездную среду — там, где видимый свет пройти не может. Благодаря этому космические радиоволны позволили ученым заглянуть в самые потаенные уголки Вселенной, недоступные обычным телескопам.
Радиоволны могут рассказать много интересного не только о тех космических объектах, которые их порождают, но и о тех, сквозь которые они проходят по дороге к Земле.
Подобное «просвечивание» космическими радиолучами позволяет астрономам получать, например, очень интересные данные о слоях солнечной атмосферы. Источником этого «просвечивающего» излучения является в данном случае одна из самых мощных космических радиостанций, так называемая Крабовидная туманность. Ежегодно в середине июля Солнце в результате движения пашей планеты в мировом пространстве оказывается для земного наблюдателя па одной прямой линии с Крабовидной туманностью. Благодаря этому ее радиоволн: по дороге к Земле проходят сквозь солнечную корону. Изменения, которые они при этом испытывают, позволяют судить о физическом состоянии верхних слоев солнечной атмосферы.
Немаловажное преимущество нового вестника Вселенной заключается еще и в том, что создание мощных приемников космического излучения, так называемых радиотелескопов, представляет собой менее сложную в техническом отношении задачу, чем постройка крупных оптических телескопов.
При шлифовке зеркал, предназначенных для собирания света, требуется колоссальная точность. Так, например, теоретически допустимое отклонение от рассчитанной формы для зеркала шестиметрового телескопа составляет всего лишь одну двадцатую долю микрона. Это объясняется тем, что электромагнитные волны чувствительны к неоднородностям, размеры которых сравнимы с длиной их волны. Поэтому для очень коротких воли, а именно таковы световые лучи, требования к отражающей поверхности весьма жестки.
Иное дело радиоволны, длина которых значительно больше. При обработке зеркал, которые должны собирать такие волны — антенн радиотелескопов, — вполне можно удовлетвориться и значительно меньшей точностью. В некоторых случаях таким зеркалом может служить, простая металлическая сетка с более или менее крупными ячейками или даже система натянутых проволок.
И хотя строительство радиотелескопов — сравнительно молодая отрасль современной техники, оно по масштабам создаваемых инструментов уже далеко обогнало обычное телескопостроение. Так, например, радиотелескоп английской радиоастрономической станции в Джодрелл Бэнк имеет зеркало диаметром 76 м. Эта гигантская установка способна улавливать космические радиосигналы длиной от 20 см и выше. С помощью этого радиотелескопа советские и английские ученые не раз проводили совместные эксперименты по приему радиосигналов, отраженных от поверхности искусственных спутников Земли и различных небесных тел.
Целый ряд мощных радиотелескопов создай и советскими учеными. Вот один из них. Это большой радиотелескоп РТ-22 Физического института имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР, разработанный советскими учеными П. Д. Калачевым и А. Е. Саломоновичем и введенный в строй в 1959 г. на Окской радиоастрономической станции вблизи Серпухова. Он имеет изготовленное с большой точностью металлическое зеркало поперечником в 22 м, которое несмотря на огромный вес в 463 т, может быть легко наведено на любую точку неба.
Второй экземпляр двадцатидвухметрового радиотелескопа установлен па Крымской астрофизической обсерватории. От своего серпуховского брата он отличается еще более высокой точностью обработки поверхности металлического приемного зеркала. Она достигает 8,5 мм — точность, еще невиданная для инструментов подобного класса. Это позволяет производить измерения очень коротких космических радиоволн — вплоть до 4—5 мм.
На Окской станции по проекту П. Д. Калачева, В. В. Виткевича и И. Д. Калинина построен один из крупнейших в мире радиотелескопов — крестообразный радиотелескоп ДРК-1000. Этот оригинальный инструмент представляет собой две линейные антенны, перекрещивающиеся под прямым углом и расположенные в направлениях «восток—-запад» и «север — юг». Каждая линия протяженностью в 1000 м состоит из 37 антенн высотой около 20 м. С помощью мощных электромоторов и специальных синхронизирующих устройств они могут строго одновременно поворачиваться на угол до 135°.
Любопытный проект гигантского радиотелескопа предложен армянскими учеными. Огромную чашу его антенны поперечником в 100 м они предполагают сделать неподвижной. Она будет покоиться в углублении, врезанном в скалу. Над главной антенной укрепляется подвижное зеркало диаметром около 14 м. В свою очередь это зеркало будет связано с оптическим телескопом. Поворачивая вспомогательное зеркало, ученые смогут направлять радиотелескоп в любую точку неба и одновременно наблюдать те же участки в обычных световых лучах. Такое устройство позволит отождествлять радиообъекты Вселенной с оптическими.
Кстати, о чувствительности современных радиотелескопов. Однажды в обсерватории Кембриджского университета в Англии была организована выставка, посвященная радиоастрономии. Одним из экспонатов этой выставки служил обыкновенный стол, на котором лежала кипа бумажных листков. Посетителям предлагалось взять один из листков. Сделав это, он мог прочитать на нем следующие слова: «Взяв со стола эту бумажку, вы затратили больше энергии, чем радиотелескопы всего мира приняли за всю историю радиоастрономии».
Чувствительность этих устройств продолжает возрастать. Поэтому есть все основания рассчитывать, что с их помощью в недалеком будущем удастся получить еще немало необычайно важной информации.
Любопытно, однако, что с увеличением чувствительности приемного устройства радиотелескопов у них появляется серьезный враг — новый источник радиопомех. Это — сама Земля. Как и всякое нагретое тело, как и другие планеты солнечной системы, наша собственная планета является источником радиоволн. И эти волны уже начинают мешать сверхчувствительным приемникам. Видимо, в будущем придется ограждать антенны радиотелескопов от земного радиоизлучения с помощью специального защитного экрана. А для того, чтобы и сами экраны не излучали (ведь они тоже являются нагретыми телами), их надо будет специально охлаждать сильными охладителями, быть может, жидким азотом или даже жидким гелием.
Радиоастрономия — молодая наука. Она насчитывает немногим более 20 лет своего существования. Однако, несмотря на это, она быстро сделалась важным методом изучения Вселенной.
Сегодня, пожалуй, трудно найти такую обсерваторию, где наряду с «традиционными» астрономическими наблюдениями ученые не занимались бы приемом и изучением радиоголосов космоса.
Новый способ исследования Вселенной позволяет как бы «взглянуть» на окружающий мир другими глазами и увидеть незнакомые ранее картины. Ведь источники радиоизлучения далеко не всегда совпадают по своему расположению и мощности с источниками видимого света. Кто, например, в ясный солнечный день не любовался бездонной голубизной неба, не радовался великолепному разнообразию красок окружающей природы. Но представьте себе, что наши глаза были бы чувствительны не к световым лучам, а к радиоволнам длиной от 3 до 5 м. Тогда, взглянув на небо, мы увидели бы примерно такую картину: на месте Солнца — яркое пятно, гораздо больших размеров и неправильной формы; справа и слева от него еще два таких же ярких светила— мощных источника космического радиоизлучения.
А если бы паши глаза воспринимали еще более длинные волны, от 15 до 25 м, то окружающий мир предстал бы перед нами в еще более необычном виде. На исключительно ярком фоне ослепительного неба мы увидели бы темное пятно — наше дневное светило.
Хотя наблюдения с помощью современных радиотелескопов приносят сравнительно небольшое количество информации, ценность этой информации чрезвычайно велика.
Представьте себе военачальника, который готовится к сражению с противостоящей ему вражеской армией. Он может получить от своей разведки данные о противнике, в которых будут точно указаны фамилия, имя и отчество каждого солдата, год и место его рождения, рост, вес, цвет глаз, цвет волос и т. п. Объем подобной информации будет чрезвычайно велик, а ценность ее— ничтожной. В то же время можно получить гораздо более сжатую, но куда более содержательную информацию, например, час наступления противника и направление главного удара.
Ценность радиоастрономической информации объясняется прежде всего тем, что большинство источников космического радиоизлучения находится в активных, неравновесных состояниях. А именно такие объекты могут больше всего рассказать о закономерностях процессов, происходящих во Вселенном. Оптически эти объекты могут почти не выделяться, между тем радиоизлучение является прямым следствием их необычного физического состояния. В то же время проведение параллельных оптических и радионаблюдении одних и тех же объектов дает чрезвычайно важный сравнительный материал для все более глубоких выводов о природе различных космических процессов.
Информация, содержащаяся в космических радиоволнах, обладает еще одним важным достоинством — новизной. Она содержит большое количество сведении, которые мы не могли получить с помощью других методой. Благодаря этому радиоастрономия указала на целый ряд неизвестных ранее космических объектов.
Анализ излучения возбужденного водорода позволяет измерять скорость движения межзвездного вещества, определять размеры его скоплении, изучать и.ч распределение в Галактике.
Попутно было сделано еще одно неожиданное открытие. Оказалось, что в космических условиях атомы водорода могут как бы раздуваться и достигать размеров, колоссальных с точки зрения наших обычных представлении — до одной тысячной доли миллиметра в перечнике.
Это открытие еще раз наглядно подтвердило, что а космосе мы можем встретить совершенно необычные образования и состояния материи.
Интересно отметить, что радиоастрономия может послужить людям и чисто практическую службу. Как известно, одним из важных применений астрономии всегда являлось определение географических координат по положениям небесных светил. Но подобные наблюдения находятся в полной зависимости от состояния погоды. Открытие мощных источников космического радиоизлучения, положение которых на небе известно с большой точностью, открывает в этом направлении хорошие возможности, так как радиоволны свободно проходят сквозь любую облачность. В настоящее время для подобных измерений уже созданы специальные приборы — радиосекстаны. Можно думать, что радионавигационные наблюдения будут иметь важное значение и в дальнейших космических полетах.
|
|
Читайте в рубрике «Изучение Вселенной»: |
Rupor-megafon.ru
Громкоговорители купить по выгодной цене rupor-megafon.ru.
rupor-megafon.ru