В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]

Сворень Рудольф Анатольевич

О некоторых работах, в которых участвовали наши радиоастрономы, рассказывает руководитель этих работ с советской стороны, руководитель лаборатории Института космических исследований АН СССР доктор физико-математических наук Леонид Иванович Матвеенко:

— В 1976 г. с участием советских исследователей было проведено семь циклов наблюдений на межконтинентальных радиоинтерферометрах. Это уже традиционные, плановые работы — они велись и раньше, будут проводиться в будущем. Первая работа 1976 г. (она длилась непрерывно более суток) прошла в феврале.

В этот раз в интерферометр входили два радиотелескопа: в Хайстеке (район Бостона, США) и в Симеизе, в Крыму. Такие же циклы наблюдений были проведены в апреле и мае, но здесь уже работали радиотелескопы, расположенные в четырех точках планеты: в Тидбинбилле (Австралия, район Сиднея), в Мэриленд-Пойнте (район Вашингтона), в Биг-Пайн (вблизи Пасадены, США) и опять же в Симеизе. И наконец, пять циклов наблюдения по нескольку суток каждый (в июне, ноябре и декабре) с участием телескопов вблизи Бонна, в Хайстеке и Симеизе. Сезон 1977 г. в феврале открыл интерферометр Бонн — Симеиз — Онсала (Швеция).

Режим наблюдений, их программа очень насыщены и требуют исключительной четкости от всех участников работ. Обычно наблюдения одного объекта продолжаются 20 мин, затем пятиминутный перерыв на перестройку телескопа и снова двадцатиминутный сеанс. Сигнал, как правило, очень слаб, и его приходится долго «накапливать»; обычно период накапливания, этот квант измерений, составляет 300–400 с. Конкретные задачи наблюдений многообразны; об этом косвенно можно судить по числу исследовательских организаций — только в 1976 г. в наших работах участвовали Австрийская астрофизическая обсерватория, Институт Макса Планка (ФРГ), Массачусетский и Калифорнийский технологические институты, Смитсонианская, Хайстекская, Морская исследовательская и Национальная радиоастрономическая обсерватории, НАСА, Йельский университет (США), Крымская астрофизическая обсерватория и Институт космических исследований АН СССР. Все циклы наблюдений прошли удачно, «холостых выстрелов» не было. Это особенно радостно, потому что был впервые совершен трудный переход на очень короткую волну—1,35 см, что, в частности, позволило поднять разрешение интерферометра с 0,1 угловой миллисекунды до 0,05 миллисекунды. Оптический прибор с таким разрешением позволил бы из Москвы увидеть горошину во Владивостоке или увидеть с Земли яблоко на Луне.

Главные наши объекты — это природные мазеры, ядра галактик и совершенно загадочные до недавнего времени звездные образования — квазары.

В природных мазерах происходят в принципе те же процессы, что и в наших земных мазерах и лазерах; мощные источники энергии, скажем, излучения, идущие из области, где происходит рождение звезды, осуществляют «накачку» молекул окружающего газа — водяного пара или гидроксила; они-то и дают когерентное радиоизлучение — довольно острый и монохроматичный луч. До появления больших радиоинтерферометров это излучение приписывали большим областям пространства. Теперь же в этих областях удалось обнаружить очень компактные излучающие точки размером в десятые доли угловой миллисекунды.

Квазары долгое время представлялись этакими гигантскими полыхающими шарами с угловыми размерами в десятки и сотни миллисекунд (рис. 9). Напомним, что размеры, указанные в угловых единицах, — это есть тот телесный угол, в котором объект виден с Земли; так, например, размер Луны — 8 угловых градусов, Марса — 0,2 градуса. Чтобы перейти от угловых размеров к линейным, нужно знать расстояние до объекта. А оно не всегда известно достаточно точно, и астрономы характеризуют объект величиной, которую знают наверняка, — его угловым размером.

Но вернемся к квазарам.

У некоторых квазаров стали обнаруживаться детали, такие, например, как огромный (угловые размеры — около 20'') выброс материи («хвост») у квазара ЗС 273. Затем межконтинентальные интерферометры позволили увидеть достаточно мелкие детали квазаров (рис. 9—11).

Кроме

того, наблюдая квазар с перерывом — иногда это несколько месяцев, иногда несколько недель, — часто обнаруживали, что его детали смещаются, разлетаются. С учетом примерного расстояния до квазара подсчитали скорость разлета, в ряде случаев она оказалась значительно больше скорости света. Есть разные объяснения этим сверхсветовым перемещениям. Какое из них окажется верным, покажут детальные исследования квазаров. Они входят в наши планы…

С помощью глобальных радиоинтерферометров уже сделано немало удивительных открытий касательно строения квазаров. Это даже представить себе трудно — исследуются детали квазаров, объектов, которые находятся на расстояниях в миллиарды световых лет, на краю видимой Вселенной! А обнаружение сверхсветовых движений в квазарах в какой-то момент даже вызвало сильное волнение в некоторых кругах, близких к астрономии. Как-никак речь шла о покушении на устои науки, что, конечно, всегда волнует — а вдруг?!

На этот раз, однако, покушение не состоялось и остался на своем месте краеугольный камень в фундаменте современной физики — скорость света в вакууме с = 300 000 км/с. Более того, превышение скорости света вообще не было неожиданностью для специалистов по теории относительности. Они, оказывается, еще «до того» твердо установили: возможна некая сверхсветовая «кажимость» и она никак не означает, что какие-то физические тела превысили скорость света. Было описано несколько возможных механизмов «кажимости», и некоторые из них вполне могут объяснить то, что наблюдается в квазарах.

Одно из объяснений удобно проиллюстрировать таким экспериментом, разумеется мысленным: пулемет дает длинную очередь по белой стене и пули прочерчивают на ней пунктирную линию. Скорость прочерчивания этой линии в принципе может быть любой, в том числе может превысить скорость света — нужно лишь, чтобы пулеметчик достаточно далеко отошел от стены и достаточно быстро поворачивал дуло пулемета. Можно представить себе нечто похожее и в квазаре, где по огромному внешнему газовому облаку («стена») бежит сверхсветовой «зайчик» («следы пуль»), нарисованный изнутри излучением раскаленного и быстро вращающегося ядра квазара («пулемет»). Вот другой возможный механизм «кажимости»: две детали квазара разлетаются в разные стороны с околосветовой скоростью, а земной наблюдатель вычислит, что они расходятся со скоростью около 2 с.

Возможные причины сверхсветовых «кажимостей» детально исследованы, описаны в литературе (см., например, книгу В. Л. Гинзбурга «Теоретическая физика и астрофизика». Наука, 1975), но, конечно, предстоит немалая работа, чтобы связать их с конкретными радиоастрономическими фактами, понять, что именно происходит в тех или иных квазарах. Осторожные люди, правда, говорят, что еще нужно проверять сами факты. Квазар — это бурлящий котел, и вполне возможно, так говорят осторожные люди, что радиоинтерферометр после перерыва регистрирует не перемещение старой детали, а рождение новой на большом расстоянии от старого места. Проще говоря, выводы о сверхсветовых скоростях сделаны на основе довольно редких радиоастрономических «фотографий», подтвердить эти выводы должно радиоастрономическое «кино».

Кстати, о фактах. В свое время, выполнив серию непрерывных наблюдений за сигналами «Викинга», американские астрофизики точно измерили тонкий релятивистский эффект: запаздывание радиоизлучений под действием массы Солнца. Подобные измерения проводились раньше, но на этот раз их точность значительно превысила прежние рекордные результаты и составила 1 %. Появилось еще одно подтверждение — теория относительности очень точно согласуется с физической реальностью. Та самая теория относительности, которая была придумана и продумана в деталях смелым гением в виде некоторой гипотезы относительности, «безумной идеи», опирающейся, однако, на неотвратимые факты. Та самая теория относительности, которая отвергает (во всяком случае, при нынешних наших представлениях о природе вещей) возможность движения каких-либо физических тел со скоростями, превышающими скорость света в вакууме.