Георгий Береговой - Космос — землянам
Однако связать рентгеновское излучение со вспышками — это полдела. Надо было определить, где и отчего возникают вспышки, как они протекают? Для этих исследований в Физическом институте АН СССР имени П. Н. Лебедева придумали и построили специальную аппаратуру. С ее помощью ученые выяснили, что солнечное вещество при вспышке нагревается до 30–50 миллионов градусов. Эта чудовищная температура порождает резкий всплеск мощного, или, как говорят специалисты, жесткого, рентгеновского излучения. Энергия такого своеобразного взрыва, происходящего в солнечной атмосфере, эквивалентна миллиарду водородных бомб! Откуда же она берется на Солнце?
И снова спутники и ракеты понесли в космос фотокамеры, спектрографы, поляриметры… В конце концов ученые убедились, что вспышка черпает энергию из магнитного поля Солнца. Когда оно перестраивается, то в плазме солнечной короны образуются мощные электрические токи, подобно тому как они возбуждаются в динамо-машине. Эти токи при определенных условиях нагревают солнечное вещество до немыслимо огромной температуры. Вот вам и вспышка. Иногда вспышку вызывает своего рода «разрыв» токовой цепи. Тогда в этом месте частицы плазмы разгоняются до колоссальных скоростей и вырываются в пространство. Между прочим, некоторые из них — протоны — могут быть опасными для космонавтов.
Исследования рентгеновского излучения позволили лучше понять природу вспышек на Солнце. И все же при этом завеса, скрывающая тайны нашего светила, лишь чуть-чуть приоткрылась. И надо планировать новые эксперименты, разрабатывать новые приборы, создавать новые теории.
Вот и получается, что свои самые смелые надежды на будущие фундаментальные открытия, на дальнейший прогресс астрономии и астрофизики ученые связывают с космонавтикой. Здесь уместно вспомнить одну истину: крупнейшие открытия в астрономии были сделаны не в результате поисков, предпринятых на основе предсказаний или догадок, а просто благодаря тому, что наблюдения стали вестись методами и средствами, резко отличавшимися от имевшихся до этого. Эта истина справедлива для всех этапов развития астрономии от телескопчика Галилея до советского шестиметрового телескопа-гиганта БТА и от него — до выхода в необъятные просторы космоса.
В поисках «черных дыр»Об этом узнали сравнительно недавно, каких-нибудь двадцать лет назад. Оказалось, что если бы наши глаза могли видеть только рентгеновское излучение, то звездное небо над нами выглядело бы совсем иначе. Правда, рентгеновские лучи, испускаемые Солнцем, удалось обнаружить еще до рождения космонавтики, но о других источниках в звездном небе и не подозревали. На них наткнулись случайно.
В 1962 году американцы, решив проверить, не исходит ли от поверхности Луны рентгеновское излучение, запустили ракету, снабженную специальной аппаратурой. Вот тогда-то, обрабатывая результаты наблюдений, радиоастроном Джиаккони убедился, что приборы отметили мощный источник рентгеновского излучения. Он располагался в созвездии Скорпион. Ему дали обозначение Х-1 (икс-один). С помощью высотных ракет на карту звездного неба вскоре нанесли более 30 рентгеновских источников.
Несмотря на первые успехи, подобные наблюдения не устраивали ученых: слишком они были кратковременны — всего несколько минут. А ведь над планетой уже вовсю кружили спутники, способные выносить в космос рентгеновскую аппаратуру на месяцы и годы. Они-то и стали технической базой нового направления в изучении неба — рентгеновской астрономии. В начале 70-х годов на орбиту вышли первые два спутника, предназначенных для поиска и исследований источников рентгеновских лучей во вселенной, — американский «Ухуру» и советский «Космос-428».
К тому времени кое-что уже начало проясняться. Объекты, испускающие рентгеновские лучи, сумели связать с еле видимыми звездами, обладающими необычными свойствами. Это были компактные сгустки плазмы ничтожных, конечно по космическим меркам, размеров и масс, раскаленные до нескольких десятков миллионов градусов. При весьма скромной наружности эти объекты обладали колоссальной мощностью рентгеновского излучения, в несколько тысяч раз превышающей полную светимость Солнца.
Сама плазма, даже нагретая до столь высоких температур, не может долго давать такое интенсивное излучение. Всей ее тепловой энергии хватило бы лишь на доли секунды. A наиболее известные рентгеновские источники наблюдаются уже по нескольку лет, и все это время работают не иссякая. Значит, внутри плазменного сгустка есть еще что-то, какой-то невидимый генератор, постоянно питающий его своей энергией.
«На какой-то миг создалось впечатление, что таинственные нейтронные звезды — гордость теоретической мысли XX века — наконец-то обнаружены. Увы, природа и на этот раз оказалась намного сложнее и богаче», — писал известный астрофизик И. Шкловский.
Действительно, давно предсказанные нейтронные звезды искали уже не первый год. Эти крохотные, диаметром около десяти километров, останки полностью выгоревших звезд, сжавшиеся до чудовищной плотности, должны были хоть как-то заявить о себе. Этого с нетерпением ждали. Поэтому так охотно в рентгеновских источниках «узнавали» нейтронные звезды. И ведь, казалось бы, все сходилось. Но расчеты опровергли надежды: только что образовавшиеся нейтронные звезды должны были бы сразу остыть и перестать излучать. А эти лучились рентгеном. Снова, подобно сказочной Синей птице, нейтронные звезды, что называется, выскользнули из рук ученых. Рентгеновские источники по-прежнему оставались вещью в себе. Острая нужда в новых фактах становилась все более очевидной. И ждали их прежде всего из космоса.
Приборы «Ухуру» и «Космоса-428» работали в различных диапазонах длин волн. Американский аппарат предназначался для поисков «мягкого» рентгена, советский — «жесткого». Спутники неплохо дополняли друг друга. После полета «Ухуру» число известных рентгеновских источников перевалило за сотню. Но главное было не в этом. Исследователи обнаружили строго периодические изменения потоков излучения некоторых из них. Был определен и период этих вариаций — обычно он не превышал нескольких суток.
Нечто подобное было знакомо астрономам. Так могли вести себя лишь две вращающиеся вокруг общего центра звезды, из которых одна периодически затмевала другую. Во время заходов рентгеновский поток ослаблялся, а затем восстанавливался до прежнего уровня. Новые наблюдения подтвердили гипотезу. Несколько источников совпало с наблюдаемыми в телескопы двойными звездами. Теперь уже можно было не только уточнить их массу и размеры, но и попробовать разобраться в их природе.
А с орбит приходили все более удивительные новости. Были обнаружены рентгеновские пульсары. К этому термину тогда еще не успели привыкнуть. Пульсарами назвали только что открытые удивительные источники радиоизлучения, регулярно испускающие очень короткие импульсы. Ко времени открытия их рентгеновских двойников уже было доказано, что именно радиопульсары — это и есть «живые» нейтронные звезды, предсказанные теоретически. Ясны были и причины особого характера их излучения: равномерно вращаясь с огромной скоростью, звезда при каждом обороте как бы «освещает» Землю своими радиолучами. И вот теперь — пульсары рентгеновские! К тому же оказалось, что и некоторые, так сказать, «настоящие» пульсары большую часть энергии излучают все же не в радио-, а именно в рентгеновском диапазоне. Просто раньше этого не замечали.
Откуда же черпают рентгеновские источники колоссальную энергию излучения? Основным условием превращения нормальной звезды в нейтронную считается полное затухание в ней ядерной реакции. Поэтому ядерная энергия исключается. Тогда, может быть, это кинетическая энергия быстро вращающегося массивного тела? Действительно, она у нейтронных звезд велика. Но и ее хватает лишь ненадолго.
Большинство нейтронных звезд существует не поодиночке, а в паре с огромной, различимой в телескоп звездой. В их взаимодействии, как полагают теоретики, и скрыт источник могучей силы космического рентгена. Звездный дуэт связан не только невидимыми узами. С поверхности оптической звезды к ее небольшой, но массивной и сверхплотной соседке, обладающей к тому же сильным магнитным полем, постоянно тянется струя газа. Она образует вокруг нейтронной звезды плоский газовый диск. У магнитных полюсов нейтронного шара вещество диска выпадает на его поверхность, а приобретенная при этом газом энергия превращается в рентгеновское излучение. Учитывая огромную силу притяжения нейтронной звезды, а следовательно, и скорость падающего на нее вещества, нетрудно представить, какая колоссальная энергия при этом выделяется. Предложенный механизм, называемый аккрецией, хорошо объяснил многие особенности рентгеновских источников.
