Земля – космос – Луна - Самарий Наумович Минчин
Гамма-кванты, т. е. фотоны с энергией более 50 миллионов электронвольт, являются электрически нейтральными; поэтому они распространяются по прямым линиям и указывают направление, в котором они образовались.
Однако пока что не установлено, где именно образуется гамма-излучение: в точечном источнике или в обширной области пространства. Указанный вопрос требует существенного повышения точности регистрации направления приходящих гамма-квантов; эту задачу проще всего, очевидно, решить с помощью приборов, расположенных на лунной поверхности.
Расширение возможностей регистрации первичного гамма-излучения весьма важно для проникновения в сущность строения материи, ибо гамма-кванты образуются, в частности, в результате аннигиляции вещества и антивещества.
Наблюдения в ультрафиолетовой части спектра, ставшие доступными с выходом за пределы Земли, позволяют распространить измерения на такие атомы (в различных состояниях ионизации), как атомы азота, кислорода, углерода, железа, магния и молекулярный водород. Это даст возможность определить химический состав, плотность, степень ионизации и распределения скоростей межзвездного газа.
Исследование космических лучей, состоящих в основном из протонов и ядер ряда элементов, является одной из главных задач астрофизики.
Некоторые космические лучи разгоняются в природных условиях до энергий 10й миллиардов электрон-вольт, в то же время современные уникальные ускорители протонов разгоняют частицы до энергий, меньших 102 миллиардров электронвольт.
Создание сложнейших ускорителей «элементарных» частиц в земных условиях – труднейшая научно-техническая задача; легко представить, как упростятся указанные исследования с выходом в космос, на базы в вакууме, на стационарные лунные установки.
Естественно, что исследование частиц космических лучей с энергией, которую мы не в состоянии искусственно сообщить микрочастицам, может привести к открытию новых фундаментальных законов взаимодействия элементарных частиц.
Как известно, оборудование для регистрации частиц высоких энергий и их воздействия на вещество требует громоздких сооружений, так как необходима значительная масса для поглощения потока вторичных частиц, порожденных космическими лучами.
В связи с этим была запущена серия тяжелых научных станций типа «Протон», перед которыми, в частности, была поставлена задача обнаружения гипотетических элементарных частиц «кварков» (имеющих заряд втрое меньше, чем у электрона); поиски этих величин на ускорителях и с помощью космических аппаратов пока остаются безрезультатными.
Создание научных баз с массивной аппаратурой на Луне для изучения взаимодействия частиц высоких энергий приведет, безусловно, к существенно большим успехам, чем спутниковые исследования. На этих же базах может быть выполнен изотопный анализ химических элементов лунных пород, который раскроет историю космических лучей за последние миллионы лет: ведь лунная поверхность в отличие от земной (окруженной мощной атмосферой) доступна для непосредственного воздействия первичного космического излучения, оставляющего свои «следы» в грунте.
Изучение космических лучей более успешно начало продвигаться в последние 10 – 15 лет, после того как было установлено, что основная часть космического радиоизлучения генерируется космическими лучами, а следовательно, для их исследования можно применять и радиотелескопы.
Вопрос о природе и месте возникновения космических лучей еще не решен современной наукой; наиболее вероятно, что космические лучи образуются в основном в пределах нашей Галактики и не покидают ее.
Как установлено измерениями, космические лучи подходят к Земле равномерно, а также образуются при солнечных вспышках; однако их мощность не может быть объяснена генерированием лишь в звездах Галактики. 6 связи с этим некоторые астрономы и физики придерживаются мнения, что источниками космических лучей являются сверхновые и новые звезды (появляющиеся через несколько десятилетий).
Сверхновые звезды – эт.», очевидно, одна из форм незвездной материи, ибо они обладают колоссальной массой, энергией и гравитационным полем. Если в них происходит выделение энергии, отличающейся от обычной звездной (термоядерного процесса), то исключительно важно понять это явление и попытаться его использовать для энергетических нужд.
Эволюция видимой части Вселенной, отражающая сложное взаимодействие космических процессов, представляет собой одну из важнейших проблем современной науки. Как известно, одним из проявлений этой эволюции является расширение Вселенной, выражающееся в разбегании галактик, что фиксируется при посредстве так называемого красного смещения (чем больше скорость удаления галактики относительно точки наблюдения – тем больше смещены к красной части спектра линии в спектрах галактик).
Наблюдения показывают, что скорости удаления галактических образований примерно пропорциональны их расстоянию от нас. Но как происходит расширение мира – равномерно, ускоренно или замедленно? На эти вопросы поможет ответить измерение лучевых скоростей галактик, удаленных от нас на расстояния порядка десяти миллиардов световых лет. К сожалению, слабого света далеких галактик (расположенных на удалении в несколько миллиардов световых лет) не хватает для фотографирования спектра при экспозиции даже в десятки часов – при этом начинают сказываться помехи нашей атмосферы.
Наблюдения с лунных астрономических обсерваторий внесут важный вклад в работу по определению динамических характеристик видимого мира; а это, в свою очередь, существенно поможет теоретикам в решении проблемы происхождения, строения и эволюции Вселенной. Для решения указанной проблемы чрезвычайно важно также определить плотность межгалактического газа (в котором, вероятно, сосредоточена основная масса вещества Вселенной), а эта задача может быть решена исследованием ультрафиолетовой и рентгеновской частей спектра, которые регистрируются лишь заатмосферными инструментами.
Согласно выводам из космологических теорий при плотности межгалактического газа свыше 10 атомов на кубический метр Вселенная – через значительный промежуток времени – начнет сжиматься, при меньшей плотности – Вселенной суждено продолжать расширение неограниченно.
Овладение энергией термоядерного процесса является одной из самых актуальных и грандиозных научно-технических проблем.
Экспериментирование в этой области на Земле крайне затруднено, так как требуется создать плазму с температурой в миллионы градусов, стабилизированную в ограниченном объеме. По мере увеличения наших энергетических возможностей на Луне эксперименты с высокотемпературной плазмой в условиях вакуума могут быть проведены более успешно, чем на Земле.
Кроме того, необычайно благоприятные условия астрофизических исследований Солниа и звезд с поверхности Луны позволят глубоко проникнуть в тайны процессов, происходящих в недрах звезд и приводящих к превращению водорода в гелий с выделением огромной энергии.
Все это позволит нам научиться управлять термоядерной реакцией и поставить энергию термоядерного синтеза на службу человеку в ближайшие десятилетия, т. е. задолго до того, как будут исчерпаны запасы органического топлива и сырья для атомного распада.
Физика твердого тела может получить в лунных условиях своеобразное и плодотворное развитие.
Только в последние годы мы начинаем понимать, что природные материалы могут приобрести совершенно новые свойства после воздействия космических факторов; к последним относятся вакуум, радиационное облучение, сверхнизкие температуры и т. д. Физические лаборатории на Луне дадут возможность глубоко понять многие природные явления, что позволит использовать их в целях получения материалов с заданными свойствами и повышения эффективности технологических процессов для нужд промышленности, энергетики и науки.
Мы здесь не рассмотрели ряд физических и астрономических проблем, которые, может быть, и будут решаться на Луне,
