Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Возникает вопрос: можно ли осуществить интерферометрию не в радиодиапазоне с длинами волн от миллиметров до метров, а в иных диапазонах электромагнитных колебаний, скажем, в оптическом, где длины волн — доли микрон? Задача оказалась крайне сложной, но решаемой. Четыре 8,2-м зеркала оптическо­го телескопа VLT (рис. 8) могут работать в режиме интерферо­метра.

2 Вселен

Рис. в. Подвижный радиотелескоп в Грин-Бэнк (США, Техас)

33

— Часть I —

Предел мечтаний для астронома-наблюдателя — вести непре­рывные наблюдения всего неба с высокой чувствительностью, хорошим разрешением и во всех диапазонах электромагнитных волн. Но мечты мечтами, а практика, как известно, вещь жесто­кая. Если мы захотим вести наблюдение неба в инфракрасном (ИК) или ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, то сразу столкнем­ся с проблемой: поглощение волн определенных частот моле­кулами атмосферы столь велико, что обычно говорят об «окнах прозрачности» вне этих «провалов». Еще хуже в рентгеновском и гамма-диапазонах. Наземные наблюдения тут вообще невоз­можны. А между тем наблюдения вне оптического диапазона крайне полезны — например, ИК-излучение практически без помех проходит сквозь облака галактической пыли, делающие объекты, находящиеся в них или за ними, ненаблюдаемыми в оптическом диапазоне. Еще один пример: открытие с помо­щью международного астрономического спутника IRAS кольца или диска из твердых частиц, окружающего одну из ярчайших звезд — Вегу.

Начиная с 70-х годов прошлого века на околоземную орбиту выведено уже немало автоматических обсерваторий, оснащен­ных телескопами соответствующего диапазона. Срок их службы, как правило, невелик (несколько лет), и случается, что старый аппарат выходит из строя раньше, чем ему на смену будет за­пущен новый, более совершенный. Что поделать, даже NASA сплошь и рядом вынуждено выбирать из нескольких перспек­тивных проектов один-два, откладывая остальные в долгий ящик...

В качестве примера остановимся на рентгеновской обсерва­тории «Чандра», выведенной в 1999 году на высокую орбиту с помощью злосчастного шаттла «Колумбия». Обладая спо­собностью получать рентгеновские изображения в диапазоне энергий квантов 0,1-10 кэВ, она превосходит по чувствитель­ности своих предшественников («Эйнштейн» и ROSAT) в де­сятки раз, а разрешающая способность лишь в 5 раз хуже, чем у Космического телескопа им. Хаббла. Любопытна конструкция

34

— Чем и как изучают Вселенную —

рентгеновского телескопа. Поскольку рентгеновское излуче­ние достаточно эффективно отражается лишь при падении под очень малым углом к поверхности, рентгеновские телескопы состоят из двух стоящих друг за другом зеркал почти цилин­дрической формы (точнее, фрагментов параболического и ги­перболического зеркал). Их собирающая поверхность весьма мала, но, поскольку угол между лучом и поверхностью также крайне мал, ее увеличивают, вкладывая друг в друга несколь­ко пар зеркал на манер «матрешки». «Чандра» имеет 4 пары зеркал из специального стекла, покрытых слоем иридия. Собирающая площадь зеркал составляет «скромную» вели­чину в lioo см². Изображение фиксируется на ПЗС-матрицы. Кроме собственно телескопа, «Чандра» несет дифракционные решетки высокой и низкой энергии, датчик электронов, про­тонов и альфа-частиц.

Гамма-телескопы не имеют зеркал — нет такой поверх­ности, которая могла бы отражать и фокусировать гамма- лучи. Приемниками очень жестких квантов обычно служат сцинтилляционные датчики и трековые детекторы,

Отдельная тема — нейтринная астрономия. Нейтрино — ча­стица, предсказанная в 1930 году Вольфгангом Паули, — обла­дает чрезвычайно неприятным, с точки зрения наблюдателя, свойством: она практически не взаимодействует с материей. В одну секунду через каждый квадратный сантиметр поверх­ности, перпендикулярной солнечным лучам, проходит порядка 6о млрд нейтрино, чего мы совершенно не замечаем. К счастью, выражение «практически не взаимодействует» означает, что иногда, крайне редко, взаимодействие нейтрино с веществом все же происходит и его можно зафиксировать. Обычный ней­тринный телескоп (который правильнее назвать нейтринным Детектором) представляет собой бассейн с дистиллированной водой объемом в сотни или даже тысячи кубометров, располо­женный глубоко под землей для экранирования от наземных помех и космических частиц иной природы. Каждое взаимо- Деиствие нейтрино с электроном, входящим в молекулу воды,

35

— Часть I —

или с ядром дейтерия (для тяжелой воды) сопровождается вспышкой черенковского излучения, фиксируемой многочис­ленными датчиками. Например, в 1987 году во время вспышки Сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке детектор LSD зафиксировал 5 событий взаимодействия нейтрино с веще­ством, детектор «Камиоканде» — и событий и детектор IMB — 8 событий.