Астрономы наблюдают
Шрифт:
Но его нет, галактическое ядро мы не видим. А в том месте неба, где ему следовало бы быть, наблюдается своеобразный темный «провал», выделяющийся на фоне Млечного Пути.
Причина несоответствия теории и наблюдений понятна. Ядро Галактики скрыто от нас огромными протяженными облаками темной космической пыли. Они обволакивают центральные области нашей звездной системы, делают их невидимыми. И все-таки увидеть ядро Галактики можно. Помогла решить эту задачу телевизионная техника.
В 1948 году советские астрономы В. Б. Никонов, А. А. Калиняк и В. И. Красовский исследовали окрестности галактического ядра, а несколько ранее и менее удачно их американские коллеги попытались сфотографировать невидимое галактическое ядро. Прибор, позволяющий это сделать, получил
Основа прибора — полупрозрачный кислородно-цезиевый фотокатод. Его помещают в фокус телескопа и с помощью инфракрасного фильтра (вроде тех, о которых говорилось) направляют на него инфракрасные лучи от небесного тела. Кванты инфракрасного излучения хотя и менее энергичны, чем кванты видимого света, но все же, ударяясь о фотокатод, выбивают из него электроны, которые на специальном экране создают видимое глазом изображение.
Не зря этот прибор называется преобразователем. Он и на самом деле преобразует инфракрасное изображение в видимое. Благодаря ему и удалось впервые увидеть окрестности ядра Галактики. Спустя два десятилетия американские астрономы аналогичным способом исследовали и самое ядро нашей звездной системы.
Если бы какой-нибудь фантастический пылесос убрал из Галактики всю межзвездную среду, то есть пыль и газы, заполняющие межзвездное пространство, то ядро Галактики предстало бы перед нами огромным, причудливым светилом. Мы видели бы летними ночами в созвездии Стрельца шаровидное, слегка сплюснутое скопище звезд, поперечник которого в 36 раз превышал бы видимый диаметр Луны. Земные предметы, освещенные зеленовато-желтым светом галактического ядра, отбрасывали бы заметные тени.
Природа лишила нас этого необыкновенного зрелища. Но человек способен преодолеть любые преграды — инфракрасная техника раскрыла перед нами невидимые глазом звездные дали.
Нейтринные телескопы
О нейтрино впервые заговорили около сорока лет назад, после того как в 1931 году швейцарский физик Паули теоретически предсказал существование этой удивительной частицы. Поначалу нейтрино выполняло служебную роль: его ввели, чтобы устранить кажущееся нарушение закона сохранения энергии при так называемом бета-распаде.
Как известно, распадаясь, радиоактивное вещество порождает три типа лучей, обозначаемых греческими буквами альфа (а), бета (?) и гамма (?). Состав этих лучей давно известен: альфа-лучи представляют собой ядра атомов гелия, бета-лучи — электроны, гамма-лучи — электромагнитное излучение малой длины волны, о котором в этой книге уже говорилось.
Все эти продукты радиоактивного распада уносят с собой энергию. Но вот при бета-распаде получается, что энергия вылетающих электронов не всегда одна и та же, а меняется от опыта к опыту, причем нередко в широком диапазоне. Чтобы объяснить эти странные факты, Паули высказал гипотезу, что каждый раз вместе с электроном из радиоактивного ядра вылетает некая частица, которая и уносит с собой недостающую энергию.
Закон сохранения энергии вновь торжествовал, но объяснение Паули многим казалось чересчур искусственным. Да и гипотетическая частица должна была обладать необычными свойствами — при отсутствии всякого электрического заряда иметь исчезающе малую массу. Как бы там ни было, эта частица все же прочно вошла в арсенал теоретической физики под названием «нейтрино». Только в 1957 году, после пятилетней подготовительной работы, физикам удалось наконец «увидеть» нейтрино. Говоря более строго, была зарегистрирована вспышка, порожденная потоками нейтрино в водородосодержащем веществе. Источником же нейтрино в этих опытах был один из самых мощных современных ядерных реакторов.
Ныне установлено совершенно твердо, что нейтрино образуется при всех ядерных процессах. Возникает оно и в недрах Солнца как побочный продукт тех ядерных реакций, которые обеспечивают его свечение. И роль этих солнечных нейтрино не малая. Нейтринное излучение Солнца по своей энергии составляет 10 % его видимого
Пробивная способность нейтрино совершенно фантастична. Зародившись в недрах Солнца, нейтрино совершенно беспрепятственно выходит наружу, в космическое пространство, и делает оно это так, как если бы вовсе не существовал исполинский газовый солнечный шар. Более того, если бы Солнце со всех сторон было окружено железным слоем толщиной в миллионы световых лет, то и такое препятствие нейтрино преодолело бы без всяких затруднений!
До сих пор астрономы изучали космос, используя главным образом электромагнитное излучение небесных тел. Лучи, как видимые, так и невидимые, служили (да и теперь служат) почти единственными «связными» между небом и Землей. Существование нейтрино подсказало заманчивую идею: уловить солнечные нейтрино и «выжать» из них информацию о глубинных недрах Солнца.
По существующим ныне теоретическим представлениям солнечные нейтрино зарождаются в центральных областях Солнца, близко от его центра, в ходе происходящих там ядерных реакций. Поэтому если бы мы могли видеть потоки солнечных нейтрино, наше дневное светило показалось бы нам крошечной, ослепительно яркой точкой, в сто раз по поперечнику меньше «оптического» Солнца. Нельзя ли с помощью каких-нибудь приборов увидеть, изучить это нейтринное Солнце? Ну, а в случае успеха можно потом попробовать уловить нейтринное излучение других звезд.
Идея смелая, но практически ее осуществить очень трудно. Мешает неуловимость нейтрино: оно никак не реагирует на магнитные или электрические поля. А очень малая масса помогает нейтрино беспрепятственно пробиваться сквозь вещество.
Нельзя, правда, сказать, что нейтрино никогда и ни при каких обстоятельствах не взаимодействует с веществом. Если бы дело обстояло так, то нейтрино мы бы просто никогда не обнаружили. На самом деле возможны процессы, при которых (по крайней мере в принципе) нейтрино даст знать о себе. Таков, например, процесс, обратный бета-распаду. В этом случае протон должен превратиться в нейтрон и позитрон, причем неизбежно возникает вспышка света, которую можно обнаружить чувствительными фотоэлементами. Правда, вероятность такого процесса очень мала, но все же не равна нулю. Если вещество содержит водород (а значит, протоны) и это вещество облучается потоком нейтрино, то рано или поздно фотоэлементы зарегистрируют слабые вспышки — реальные проявления реально существующих нейтрино.
Мыслимы две возможности: или пропустить одно нейтрино через астрономическую толщу вещества, или, наоборот, использовать поток с астрономическим числом нейтрино для облучения приемлемой на практике толщи вещества. Первый вариант практически нереален. Во втором случае при достаточно мощном потоке нейтрино есть шансы на успех — именно так и сделали физики, когда в 1957 году им удалось впервые убедиться в существовании нейтрино.
10 % энергии видимого излучения Солнца — величина немалая. Это значит, что ежесекундно через квадратный сантиметр земной поверхности проходит 100 миллиардов нейтрино. Это значит, кстати, что в течение жизни человека через его тело пройдет число нейтрино, еще в биллион раз большее. И, вероятно, только один раз одно какое-то нейтрино поглотится в человеческом теле. Заметим, что в полночь мы облучаемся потоком нейтрино никак не меньшим, чем в полдень, — ведь нейтрино запросто проходит через всю толщу земного шара! Любопытно все-таки, что нейтринное Солнце «освещает» нас круглосуточно. Но как поймать это излучение?
Среди высказанных предложений есть одно, пожалуй, наиболее практичное. Нейтрино реагирует с ядром хлора. В итоге этой реакции образуется ядро радиоактивного изотопа аргона, которое испускает электрон. Среди дешевых и широко распространенных веществ есть четыреххлористый углерод или перхлор-этилен (C2Cl4) — вполне подходящая мишень для нейтрино. Заготовить его предварительно можно хоть тоннами. А потом посмотреть, как повлияют на него солнечные нейтрино — в нем должен образоваться аргон, который затем следует испытать на радиоактивность.