Есть и еще одно обстоятельство, которое выдвигает астрофизику на самые передовые позиции. Когда люди осваивали земную среду своего обитания, свою собственную планету, то при этом огромную роль сыграл комплекс географических и геофизических наук.

С выходом человека в космос, с осознанием того, что средой нашего обитания по сути дела является вся наша Вселенная, необходима наука, которая исследовала бы состояние космической среды, те физические процессы, которые в ней протекают, те изменения, которые в ней происходят. Такой наукой и является астрофизика.

Таким образом, астрофизика не только способна питать новыми идеями, почерпнутыми в лаборатории Вселенной, физику и смежные с ней науки — в перспективе она должна стать теорией той среды, в которой со временем будет развертываться непосредственная практическая деятельность человечества.

Именно этими обстоятельствами и был обусловлен прогноз академика Арцимовича, который отвел астрофизике ведущее место в естествознании обозримого будущего.

Все это, вместе взятое, привлекает сегодня к науке о Вселенной особое внимание не только специалистов, но и самых широких кругов людей.

Глава I. От астрономии оптической к астрономии всеволновой

Научное оружие астрономов

Возможно, вам приходилось обращать внимание на одно любопытное обстоятельство. Когда в научных или серьезных научно-популярных изданиях появляются сообщения об открытии нового космического объекта или явления, они обычно излагаются в предположительной форме: «можно думать», «вероятно», «есть основания предполагать» и т. п. В чем дело? Не слишком ли ученые осторожны, не занимаются ли они своего рода перестраховкой?

Такова уж специфика работы исследователей Вселенной! Им нередко приходится сталкиваться с неопределенностями. Эти неопределенности возникают потому, что причины тех или иных наблюдаемых космических явлений могут быть в принципе истолкованы по-разному.

Конечно, с подобными ситуациями сталкиваются и физики, и химики, и биологи. Но астрономам проверить, какое объяснение ближе к истине, значительно сложнее. Это связано прежде всего с тем, что объекты, интересующие исследователей Вселенной, расположены на огромных удалениях от Земли.

Лишь в последние годы, благодаря применению космических аппаратов, появилась возможность доставлять измерительную аппаратуру непосредственно на поверхность Луны и ближайших планет Солнечной системы. Все же остальные космические объекты приходится изучать на расстоянии. Астрономия — наука дистанционная. Основным ее методом является исследование различных излучений, приходящих на Землю из космических глубин…

По вечерам многие занимают место у экранов телевизоров. Телевизионный приемник дает возможность увидеть события, происходящие в разных уголках планеты. Вас часто отделяют от передающих станций сотни и тысячи километров. Но ваши телевизионные приемники связаны с этими станциями невидимыми электромагнитными волнами. В специально преобразованном, как говорят физики, закодированном виде, они несут с собой «видеосигналы» и звуковое сопровождение: голос диктора, музыку, пение.

Электромагнитные волны могут быть носителями различной информации: телеграфных сигналов азбуки Морзе, звуков человеческой речи, музыки, изображений, команд управления на расстоянии приборами и механизмами или сообщений о показаниях измерительной аппаратуры, как это, например, имеет место при передаче научных сведений с искусственных спутников Земли и автоматических межпланетных станций.

Вложить информацию в электромагнитное излучение может не только человек — это делает и сама природа. Космические тела являются источниками всевозможных электромагнитных волн. Свойства этих волн тесно связаны с источниками излучения, с их природой и физическим состоянием, с протекающими на них процессами.

Но для того, чтобы воспользоваться этой богатейшей информацией, необходимо, во-первых, уловить и зарегистрировать интересующее нас космическое излучение, а во-вторых, разгадать тот код, с помощью которого природа зашифровала свои тайны…

Первым вестником космических миров был видимый свет. Однако свет — не единственный вестник Вселенной. Космическое пространство пронизано самыми различными излучениями и физическими полями. Это и электромагнитные волны и потоки элементарных частиц, магнитные и гравитационные поля. Они несут разнообразнейшую информацию о физических процессах в космосе.

Электромагнитные излучения в зависимости от длины волны обладают весьма разнообразными свойствами. Самые длинноволновые излучения — радиоволны. К ним примыкает более коротковолновый инфракрасный диапазон. Далее располагается видимый свет, а за ним ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.

Световые кванты обладают энергией от 2 до 3 электрон-вольт[1]). Энергия квантов инфракрасного излучения составляет десятые и сотые доли электронвольта, а субмиллиметровых радиоволн — сотые и тысячные доли.

Что же касается излучений более высокочастотных, чем видимый свет, то по мере увеличения частоты и соответственно уменьшения длины волны их энергия заметно возрастает. У квантов ультрафиолетового излучения она лежит в пределах от 10 эВ до 0,1 кэВ, а рентгеновского — от 0,1 кэВ до сотен кэВ. Энергией в сотни и более кэВ обладают кванты гамма-излучения. При этом различают гамма-кванты малых энергий от 0,1 МэВ до десятка МэВ, высоких энергий — до нескольких ГэВ и сверхвысоких энергий — вплоть до 10¹² эВ и даже выше[2].

Природа так устроила человека, что у него нет органов чувств, способных воспринимать (за исключением видимого света) все эти излучения и различные физические поля, И в этом, видимо, есть глубокий смысл. Вспомним хотя бы, какие неприятности доставляют нам всевозможные шумы, сопровождающие жизнь современного общества. А если бы мы воспринимали шумы не только звуковые, а магнитные, гравитационные, нейтринные и т. д. и т. п.? Наше существование, вероятно, превратилось бы в сплошной ад. Так что природа поступила мудро, оградив нас от подобных неприятностей. К тому же значительная часть космических излучений задерживается воздушной оболочкой Земли и до поверхности нашей планеты не доходит. На рис. 1 показано, до каких высот могут проникать различные излучения в земной атмосфере. Но знать, что несут с собой эти шумы и различные виды излучений, ученым просто необходимо. И когда во второй половине XX в. были созданы необходимые научно-технические предпосылки, исследователи Вселенной не преминули этим воспользоваться. Сперва возникла радиоастрономия, а с появлением космических аппаратов, способных выносить измерительные приборы за пределы плотных слоев земной атмосферы, астрономия стала стремительно превращаться во всеволновую науку. Неизмеримо расширились объем и разнообразие информации о космических явлениях. А это означало, что не за горами новые интересные открытия. И они не заставили долго себя ждать.

Астрономы «смотрят» на небо

Человек начал изучать Вселенную с того, что видел на небе. И на протяжении многих веков астрономия оставалась чисто оптической наукой.

Наш глаз — весьма совершенный оптический прибор, созданный природой. Он способен улавливать даже отдельные кванты света. С помощью зрения человек воспринимает более 80 % информации о внешнем мире. И все же возможности человеческого глаза во многом ограничены. Поэтому знания о Вселенной значительно расширились и углубились, когда на помощь глазу астронома-наблюдателя пришел телескоп, который и по сей день остается основным инструментом исследователей Вселенной.

Телескоп — прибор, собирающий свет далеких небесных тел. Чем больше площадь объектива телескопа, тем большее количество света он собирает. Даже простейший телескоп Галилея собирал в 144 раза больше света, чем глаз, а современные гигантские телескопы собирают света в сотни тысяч и миллионы раз больше нашего глаза. Самым крупным из них является созданный советскими учеными 6-метровый зеркальный телескоп Специальной астрофизической обсерватории (САО) АН СССР на Северном Кавказе.