Дмитрий Брашнов - Удивительная астрономия
Космические следопыты измеряют температуру и влажность больших объемов воздуха, следят за скоплениями туч, за ветрами и морскими течениями, за движением и таянием льдов. Но и это не все! Собственное радиоизлучение Земли сообщает ученым о свойствах горных пород, о распределении почв, о жизни больших растительных сообществ (лесов, степей и т. д.). Охрана природы, отслеживание лесных пожаров, поиск полезных ископаемых и многие другие функции сегодня возложены человеком на радиометрические спутники.
Другие виды телескопов
Оптические телескопы и радиотелескопы поставляют ученым основной объем информации о Вселенной. Однако, как говорилось ранее, в природе известны и другие виды излучений, кроме видимого света и радиоволн. Поэтому астрономы заинтересованы в том, чтобы использовать для познания космоса все виды излучений. Ученым пришлось приложить немало трудов, чтобы справиться с поставленной задачей. И на сегодняшний день в распоряжении астрофизиков находятся телескопы для улавливания каждого вида лучей.
В кинофильмах нередко показывают инфракрасные детекторы, способные обнаружить в темноте любое теплокровное существо, включая и человека. Такие приборы улавливают тепловое (инфракрасное) излучение , или ИК-лучи, которые испускаются любым хоть сколько-нибудь нагретым телом. Достаточно объекту иметь температуру –250 °C, и он уже превращается в источник ИК-лучей. В космосе находится множество источников теплового излучения, это самый распространенный вид лучей. Например, половина всей энергии Солнца расходуется на испускание инфракрасных волн.
Инфракрасный телескоп «Гершель»
Кроме того, инфракрасные волны, в отличие от видимого света, почти не поглощаются межзвездным газом и пылью. Вот почему в тепловых лучах можно получить изображение тех объектов, которые навеки скрыты от наших глаз. Если бы не тепловые лучи, то мы никогда бы не увидели, например, галактического ядра и очагов звездообразования в газопылевых туманностях.
К сожалению, земная атмосфера пропускает очень мало тепловых волн, из-за чего инфракрасные телескопы приходится монтировать на искусственных спутниках и выносить ракетами на околоземную орбиту. Именно с орбиты сегодня ведется большинство наблюдений в инфракрасном диапазоне.
Похожим образом обстоит ситуация с ультрафиолетовыми телескопами, которые улавливают, как видно из их названия, ультрафиолетовые лучи (УФ-лучи). Эти лучи прекрасно известны своим свойством вызывать у человека загар. Основная доля ультрафиолета поступает на Землю от Солнца, а от остальных космических источников почти ничего не доходит, поскольку земная атмосфера имеет специальный блокирующий слой, который съедает почти весь ультрафиолет. Этот слой называется озоновым экраном. Он является защитником жизни, поскольку без него ультрафиолет сжег бы все организмы, населяющие сушу.
Агрессивность УФ-лучей объясняется тем, что они рождаются при высоких температурах и насыщены энергией. Скажем, температура поверхности Солнца составляет примерно +5500…+6000 °C, поэтому оно испускает мало ультрафиолета. Главными же источниками ультрафиолетовых волн в Галактике являются облака горячего газа, молодые сильно нагретые звезды класса О и ядра активных галактик, в которых протекают взрывные процессы.
Для приема космического ультрафиолета приходится запускать орбитальные УФ-телескопы. Первым из них был европейский спутник «Коперник», выведенный на орбиту в 1972 году. В нашей стране впервые космический УФ-телескоп, получивший название «Спика», был построен в 1983 году.
Еще больше энергии переносит рентгеновское излучение . Рентгеновские лучи (или Х-лучи) способны пронзать вещество, и поэтому их применяют в медицине при обследовании пациентов. Рентген «видит» сквозь мягкие ткани, позволяя обнаружить травмы костей, поражения внутренних органов, другие нарушения.
В рентгеновском аппарате поток Х-лучей создается особым приспособлением – рентгеновской трубкой, в которой разгоняются и врезаются в металлическую пластинку электроны. В космосе никто металлических пластинок не поставил, поэтому здесь рентгеновские лучи обычно порождаются веществом, находящимся при температуре от +100 000 °C и выше. На Солнце и в туманностях Х-лучи рождаются под действием особых процессов в веществе, для которых не требуются столь высокие температуры.
Сильными источниками рентгеновского излучения являются гало Галактики (зона шаровых скоплений), ядра активных галактик и некоторые нейтронные звезды, которые так и назвали рентгеновскими пульсарами . Нередко мощный поток Х-лучей испускается газовыми туманностями. Это говорит о том, что перед нами не просто туманность, а вещество, оставшееся после взрыва сверхновой. Разогретое до миллионов градусов, это вещество до сих пор насыщено энергией....Строго говоря, нейтронные звезды сами не испускают Х-лучей. Рентгеновское излучение возникает в газовом диске, окружающем пульсар. Своим мощнейшим полем тяготения пульсар разгоняет горячий газ в диске до безумной скорости – 75 тыс. км/с. При такой скорости струи горячего газа активно испускают рентгеновские лучи.
В некоторых случаях туманности начинают испускать рентгеновские лучи тогда, когда перегреваются под действием ультрафиолета соседних звезд. Именно так себя ведут ассоциации молодых горячих звезд классов О и В. Эти тяжелые звезды, окутанные остатками своих коконов, испускают очень много УФ-лучей. В результате в окружающем газе формируются перегретые участки, беспрестанно посылающие в мировое пространство рентгеновские лучи.
Земная атмосфера полностью гасит Х-лучи. Это благо для людей, но горе для науки. Изучение рентгеновских источников возможно лишь при помощи космических обсерваторий. Первая такая обсерватория, работавшая в рентгеновском диапазоне, – искусственный спутник «Ухуру», запущенный в 1970 году. С его помощью проводились исследования двух загадочных источников рентгеновских лучей – Лебедь Х-1 и Геркулес Х-1.
Астрофизику интересуют не только невидимые волны, но и потоки разнообразных частиц. Особый интерес вызывают сверхбыстрые частицы нейтрино , порождаемые звездами и другими небесными объектами. Изучением источников нейтрино занимается особый раздел науки – нейтринная астрономия . Нейтрино рождаются в процессе превращения вещества внутри звезд и движутся со скоростью света.
Это единственные частицы, благодаря которым наука может судить о том, что происходит глубоко в ядрах звезды. Из той глубины, где они зарождаются, не способна вырваться ни одна другая частица. И только нейтрино способна пробить все на своем пути. Чтобы остановить одну-единственную частицу, нужно поставить на ее пути 10 миллиардов земных шаров: только такая толща окажется непробиваемой для нейтрино.
К сожалению, поток нейтрино чрезвычайно слаб; в основном на Землю поступают частицы из недр Солнца и с мест взрыва сверхновых звезд. Астрономы изобретают все новые и новые приспособления для того, чтобы улавливать нейтрино. Скорее всего, самые большие открытия у нейтринной астрономии еще впереди.
Космические аппараты
Как мы убедились, развитие астрономии и особенно астрофизики немыслимо без применения космической техники. Самые большие открытия последних лет сделаны с использованием телескопов и прочего оборудования, смонтированного на искусственных спутниках и межпланетных станциях. Впервые в мировой истории человек провел исследования другого космического тела с помощью летательных аппаратов в 1959 году, когда наша страна запустила к Луне три лунника – «Мечта» (или «Луна-1»), «Луна-2» и «Луна-3».
Дальнейший прогресс космической техники привел к появлению особых методов исследования небесных тел. Радиоастрономия основана на том, что улавливает собственные сигналы от космических источников. Однако ученые активно используют для изучения планет и астероидов искусственно порожденные радиоволны.
Одним из таких способов исследования является радиозатменный метод просвечивания атмосферы . Через атмосферу планеты или спутника пропускаются радиоволны. Атмосфера препятствует движению радиоволн, из-за чего вносит в искусственный сигнал различные помехи. Ученые сравнивают искаженный сигнал с исходным и делают выводы о строении и составе атмосферы.
Есть два приема просвечивания атмосферы. Первый носит название «спутник – Земля», второй называется «спутник – спутник». При изучении земной атмосферы часто используется второй прием, но вот при зондировании воздушных оболочек других планет применяется первый.
Как осуществляется зондирование? Автоматическая межпланетная станция прибывает к цели своего путешествия – какой-либо планете. Подчиняясь программе, записанной в его электронном «мозге», космический аппарат выходит на орбиту вокруг этой планеты, то есть становится ее искусственным спутником. Во время обращения вокруг планеты АМС регулярно шлет на Землю сигналы. При этом для земного наблюдателя станция то и дело заходит за планетный диск; происходит как бы «затмение» космического аппарата.
