Астрофизика начинающим: как понять Вселенную

Для установки антенн ALMA отыскали самое сухое место на Земле – на три мили выше уровня моря и намного выше уровня, где лежат наполненные влагой облака. Водяной пар в атмосфере Земли задерживает передаваемые в микроволновом диапазоне сигналы, которые ALMA и другие приемники пытаются поймать. Астрофизики хотят, чтобы эти сигналы достигли наших телескопов с как можно меньшими искажениями. Поэтому, если мы намерены извлечь четкую информацию из наблюдений космических объектов, нам необходимо минимизировать количество водяного пара между телескопом и Вселенной – именно об этом и позаботились, когда искали место для установки антенн ALMA.

Вообще говоря, для наблюдений Вселенной нужно сухое и чистое небо вдалеке от больших городов. Вот потому-то, в школьные годы моим любимым местом проведения летних каникул был расположенный в пустыне астрономический лагерь Кэмп Ураниборг.

Мы увидели, как принимаются длинные радиоволны и микроволновое излучение. А на ультракоротковолновом конце спектра находятся высокочастотные высокоэнергетические гамма-лучи. Открытые в 1900 году, они стали наблюдаться в космосе только в 1961-м., когда на борту спутника NASA «Эксплорер-XI» был установлен телескоп нового типа.

Все, кто читал комиксы, знают, что гамма-излучение – вредная вещь. Неудачный эксперимент с гамма-лучами – предполагаемая причина того, что ученый Брюс Баннер превратился в зеленого, мускулистого и буйного Халка из «Мстителей». Но у гамма-лучей есть и еще одна особенность: их трудно поймать. Они проходят сквозь обычные линзы и зеркала. Поэтому, вместо того чтобы их ловить напрямую, телескоп на «Эксплорере-XI» при помощи специального устройства регистрировал лишь признаки гамма-лучей, прошедших сквозь него.

Мой самый нелюбимый супергерой

Не бойтесь, гамма-лучи не превратят вас в гигантского зеленого монстра. В научном смысле меня, когда я думаю о Халке, беспокоит совсем не это. Когда Брюс Баннер, человек средних размеров, превратился в Халка, он сделался девяти футов ростом и стал весить сотни фунтов, а может, и больше. Баннер как-то увеличил свою массу. А это нарушает законы природы и физики. Вы не можете просто взять и увеличить свою массу. Я думаю, он мог приобрести новую массу, преобразовав в нее большое количество энергии, но в этом случае он оставил бы без света и тепла весь свой огромный город.

Спустя два года Соединенные Штаты запустили в космос новую серию спутников Vela («Паруса»), целью которых было сканировать небо в поисках вспышек гамма-лучей.

Соединенные Штаты были обеспокоены тем, что Советский Союз испытывал новое опасное ядерное оружие. При таких испытаниях возникает гамма-излучение. Поэтому Соединенные Штаты запустили специальные спутники, которые должны были отслеживать вспышки гамма-лучей. И спутники Vela действительно почти ежедневно регистрировали гамма-вспышки. Но Россия была в этом не виновата. Гамма-сигналы приходили от взрывов во Вселенной.

Сегодня телескопы ищут космическое излучение во всех невидимых частях спектра. Мы можем теперь наблюдать низкочастотные радиоволны длиной в десятки метров. Можем изучать высокочастотные гамма-лучи с длиной волны короче одной квадриллионной доли метра – с невообразимо малым расстоянием от пика одной волны до пика другой.

Для астрофизика эти телескопы – инструменты, помогающие ответить на множество вопросов. Интересуетесь, сколько газа скрывается в межзвездном пространстве в галактиках? Радиотелескопы ответят на этот вопрос. Изучаете космический микроволновой фон и Большой взрыв? Здесь необходимы микроволновые телескопы.

Хотите глубоко заглянуть в облака галактического газа, понять, как рождаются звезды? К вашим услугам инфракрасные телескопы. Исследуете черные дыры? Тут незаменимы ультрафиолетовые и рентгеновские телескопы. Хотите полюбоваться высокоэнергетическими взрывами гигантских звезд? Эту драму можно наблюдать с помощью гамма-телескопов.

Подумать только, сколько еще неоткрытого оставалось в астрономии в дни Тихо Браге! Сколько еще предстояло узнать! Но все же я предпочитаю быть исследователем космоса сегодня – и не только потому, что наше время немного более цивилизованное и никто не попытается отрубить мне нос. сейчас замечательное время для занятий астрофизикой, потому что мы знаем, как много важнейших процессов, происходящих во Вселенной, невидимы глазу.

А мы их можем видеть[13].

10 В окрестностях Солнца