Изучение радиоизлучения


Важную роль в радиоастрономии играет изучение радиоизлучения, приходящего на Землю из разных мест нашей звездной системы — Галактики.

Обнаружить определенные источники этого излучения было очень трудной задачей для астрономов.

Редкое, но поистине грандиозное явление — «сверхновые звезды». Малозаметные или вовсе не известные до того астрономам звезды вспыхивают с такой силой, что их излучение оказывается в миллиарды раз более мощным, чем излучение Солнца, и в тысячи раз сильнее, чем излучение обычных новых звезд. Из исторических документов нам известно, что сверхновые звезды вспыхивали в 369, 1054, 1572, 1604 гг. Остатки вспыхнувших сверхновых звезд — туманности. Они образовались из выброшенного сверхновыми звездами газового вещества. Такие туманности оказываются мощными источниками радиоизлучения.

Давно уже известно, что звездные системы — галактики — имеют различные формы. Для многих из них, и притом наиболее крупных, характерны спиральные очертания. Такова, например, гигантская галактика в созвездии Андромеды — сравнительно близкий сосед нашей Галактики. Другие звездные системы имеют эллиптическую форму, а некоторые вообще не подходят под четкое геометрическое определение. Их так и называют «неправильными» галактиками.

Какие очертания имеет наша звездная система? На этот вопрос не так легко было ответить. Мы вместе с солнечной системой находимся внутри Галактики, многие области которой скрыты от нас облаками темного пылевого вещества; оно поглощает свет находящихся за ним звезд. Для радиоволн не страшно вещество, поглощающее обычные световые лучи, и радионаблюдения помогли подтвердить уже существовавшее мнение о спиральном строении нашей Галактики. Наша Галактика действительно спиральная, и Солнце находится между двумя ее спиральными «рукавами».

Но радиоизлучение поступает на Землю не только из пределов нашей звездной системы — Галактики. Оно поступает в земные радиотелескопы из просторов Вселенной, находящихся далеко за пределами нашей Галактики, иначе говоря — из других галактик. Конечно, и здесь радиоизлучение подчиняется общему закону — оно ослабевает пропорционально квадрату расстояния. Другие галактики очень далеки от нас. Воспринимаемое от них радиоизлучение гораздо слабее радиоизлучения нашей Галактики. Но некоторые из этих галактик оказываются необычайно мощными источниками радиоизлучения. Ослабленное из-за огромного расстояния, оно в действительности гораздо сильнее, чем излучение нашей звездной системы с ее миллиардами звезд.

Очень мощный источник радиоизлучения был обнаружен, например, в созвездии Лебедя. Откуда же возникло это радиоизлучение? Наблюдения при помощи радиотелескопа показали, что оно возникло в результате столкновения двух галактик — двух звездных систем, подобных нашей звездной системе — Галактике.

Но что значит столкновение двух звездных систем? Мы знаем на примере нашей звездной системы (а другие в этом отношении от нее не отличаются), что расстояния между звездами огромны — они в миллионы и десятки миллионов раз превышают диаметры самих звезд. Поэтому звезды внутри галактики не сталкиваются — во всяком случае, вероятность их столкновения ничтожно мала. В то же время расстояния между галактиками только в десятки раз превышают их диаметры. Поэтому столкновения галактик вполне возможны. Но благодаря гигантским расстояниям между звездами звезды одной галактики пройдут среди звезд другой галактики, не сталкиваясь с ними. Из-за огромных размеров галактик этот процесс будет длиться миллионы лет.

Иное происходит при этом с газово-пылевой материей, заполняющей пространство между звездами. Эта материя «выметается» из своей галактики, и при «выметании» создается мощный поток радиоизлучения. Сталкивающиеся галактики в созвездии Лебедя отстоят от нас на расстоянии в 300 млн. световых лет. Наши радиотелескопы воспринимают от них столько же радиоизлучения, сколько обычно его получается от Солнца. Но галактики в Лебеде в двадцать триллионов раз дальше от нас, чем Солнце. Отсюда ясно, насколько мощно радиоизлучение этих галактик.

Такими же мощными радио излучателями являются и некоторые другие галактики. Происхождение их радиоизлучения далеко еще не выяснено. Не оставляет сомнения, однако, то, что происхождение космического радиоизлучения связано с особенностями поведения в определенных условиях вещества звезд и газов, заполняющих межзвездное пространство.

К решению этого вопроса наука неуклонно приближается.

Современные большие радиотелескопы способны воспринимать радиоизлучение от гораздо более далеких звездных систем, чем галактики в Лебеде, даже от таких, которые остаются совершенно недоступными для самых мощных оптических телескопов. Это значит, что подобные источники радиоизлучения отстоят от нас на многие миллиарды световых лет, они, может быть, находятся на границе Метагалактики (см. стр. 423).

Существует еще другая, очень важная и интересная отрасль радиоастрономии. Возникла она в результате изобретения прибора, называемого «радиолокатором».

Радиоволны обладают свойством отражаться от различных тел. Энергия отраженных волн значительно слабее, чем энергия радиоволн, падающих на тело. Но можно получить более мощное отражение радиоволн, если направить на предмет узкий пучок радиоволн, которые почти не будут рассеиваться в стороны. Эти радиоволны будет легче обнаружить. Для коротких радиоволн удалось создать такие приборы, антенна которых посылает радиоволны узким, но интенсивным пучком. Такой прибор называется радиолокатором. Его можно сравнить с прожектором. Свет прожектора распространяется узким, но ярким пучком только в одном направлении, не рассеиваясь по сторонам. В результате этого на далекий предмет падает более яркий свет, который отражается от него и возвращается к нам, позволяя этот предмет увидеть. Специальная антенна радиолокатора, называемая направленной антенной, посылает также узкий пучок радиоволн. Она может вращаться в любую сторону.

Направление антенны, при котором получаются отраженные радиоволны, всегда точно совпадает с направлением движения отразившего их предмета.

Более того, радиолокатор позволяет определить и расстояние до этого предмета. Для этого радиоволны излучают в течение коротких промежутков, как говорят импульсами, длящимися тысячные доли секунды, после чего мгновенно прибор переключается на прием отраженных радиоволн.

Как ни велика скорость распространения радиоволн (300 000 км/сек) и как ни мал вследствие этого промежуток времени до возвращения радиосигнала, или радиоэха, его удается измерить, а следовательно, определить расстояние до предмета.

Радиоволны отражаются также от наэлектризованных газов, поэтому оказалось возможным определять расстояние до следов, оставляемых «падающими звездами» — метеорными телами. Когда метеорное тело влетает в земную атмосферу из мирового пространства, от сопротивления воздуха оно накаляется и испаряется. Метеорное тело оставляет в атмосфере свои наэлектризованные частицы и электризует частицы воздуха. В результате после пролета метеорного тела остается светящийся след. Он отражает радиоволны и позволяет установить расстояние до метеора, составляющее десятки километров. Чтобы напасть на метеорный след, антенна радиолокатора непрерывно вращается во все стороны, систематически «обшаривая» небо.

Так удается теперь определять пути метеорных тел в земной атмосфере, их скорость и торможение, а отсюда и свойства земной атмосферы на высотах, недоступных для изучения с воздушных шаров или самолетов. Замечательно, что такие исследования возможны сквозь облака, когда метеоров не видно.

В 1946 г. удалось получить радиоэхо от Луны, ближайшего к нам небесного тела, отстоящего от нас на 384 400 км. Время, прошедшее до получения радиоэха, оказалось около 2 секунд. Расстояние до Луны, определенное с помощью радиолокатора, совпадает с расстоянием, вычисленным ранее обычными астрономическими способами.

Успешная радиолокация Луны обещает заманчивую перспективу; возможность «прощупать» сквозь облачные атмосферы невидимые поверхности планет Венеры, Юпитера и Сатурна и узнать их рельеф.

В будущем радиоастрономия окажет ученым еще более действенную помощь в познании глубин бесконечной Вселенной.