Внеатмосферные астрономические наблюдения

Развитие ракетной и космической техники привело к рождению новой отрасли науки — внеатмосферной астрономии. Вывод астрономических приборов в космическое околоземное пространство (в перспективе возможно и создание астрономической обсерватории на Луне) значительно расширил возможности наблюдательной техники, ограниченные атмосферой и размерами Земли. Все эти ограничения можно охарактеризовать следующими причинами.

Содержание материала

Развитие ракетной и космической техники привело к рождению новой отрасли науки — внеатмосферной астрономии. Вывод астрономических приборов в космическое околоземное пространство (в перспективе возможно и создание астрономической обсерватории на Луне) значительно расширил возможности наблюдательной техники, ограниченные атмосферой и размерами Земли. Все эти ограничения можно охарактеризовать следующими причинами.

  • Во-первых, атмосфера, как известно, не пропускает большую часть спектра электромагнитных волн, поступающих к нам из различных районов Вселенной. Это касается, в частности, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучений, а также некоторых областей микроволновой части спектра (включая инфракрасное излучение).
  • Во-вторых, существует атмосферная турбулентность, ограничивающая размеры космических объектов, которые можно наблюдать в наземные оптические телескопы. Например, вынос наземных телескопов на орбиту позволит получить в пять-десять раз большее разрешение деталей планет Солнечной системы или грануляций на Солнце.
  • В-третьих, яркость фона ночного неба вне атмосферы Земли гораздо меньше, чем на Земле. Правда, даже в межпланетном пространстве существует световой фон, который, видимо, снизит ожидаемый выигрыш: в предельной звездной величине по сравнению с наилучшим наземным телескопом лишь до одной-двух звездных величин.
  • В-четвертых, размеры Земли ограничивают расстояние между двумя радиотелескопами в радиоинтерферометрических системах. А сегодня разрешающая способность наземных радиотелескопов определяется не столько их размерами, сколько созданием подобных систем. Они позволяют сильно повысить разрешение в радиодиапазоне. Создание системы радиоинтерферометра, один из телескопов, который будет выведен в космическое пространство, позволит добиться в радиодиапазо-не разрешения, намного большего, чем в оптическом диапазоне.

Уже сейчас на аэростатах, ракетах и космических аппаратах получено огромное количество наблюдательных данных внеатмосферной астрономии. Важным открытием, полученным на основе ультрафиолетовых исследований и связанным с Солнцем, явилась информация о внешних слоях его атмосферы. Также при помощи аппаратуры ультрафиолетового диапазона обнаружены самые горячие звезды. Накопились интересные и поразительные данные о рентгеновском излучении Солнца, некоторых взорвавшихся звезд (Сверхновых), ряда далеких галактик с активными ядрами и т. д. Получено много данных и об инфракрасных объектах, т.е. космических источниках сильного инфракрасного излучения.

По всей вероятности, будущее внеатмосферной астрономии связано с выводом на орбиту крупных инструментов весом в несколько тонн. Однако на пути такого проекта существует много различной степени трудностей. Например, точность системы ориентации и стабилизации большого оптического телескопа, выведенного на орбиту, должна соответствовать его разрешению.

О некоторых событиях внеатмосферной астрономии 1973 г. мы расскажем ниже.

Вспышки гамма-излучения низких энергий

В 1973 г. появился ряд публикаций о новом, недавно обнаруженном явлении: в течение нескольких последних лет (начиная с июля 1969 г.) счетчики гамма-квантов, помещенные на спутниках Земли за пределами атмосферы (американских «Вела» и «ИМП-6», советском «Космос-461»), неоднократно фиксировали необычайно интенсивные короткие вспышки гамма-излучения низких энергий.

Прежде всего оказалось, что Земля и Солнце надежно исключаются из возможных источников измеренного гамма-излучения. Сейчас считается, что его источники находятся вообще вне пределов Солнечной системы, а может быть, даже вне пределов нашей Галактики. Поэтому если принять во внимание большую интенсивность гамма-вспышек и другие их характерные свойства, о  которых речь пойдет ниже, то станет ясно, почему ученые с таким большим интересом изучают это новое явление природы.

В течение года фиксируется около пяти гамма-вспышек (к 1974 г. отмечено около двух десятков вспышек). Спектр гамма-квантов имеет непрерывный характер. Количество регистрируемых квантов уменьшается с ростом их энергий. Средняя их энергия — около 150 кэв. Общая продолжительность гамма-вспышек не превышает 30 сек, причем вспышки могут состоять из отдельных импульсов с временем одна-две секунды. Космический фон гамма-квантов намного уступает потоку энергии гамма-вспышки.

Очень сложными оказались измерения углового распределения гамма-вспышек по небесной сфере. Пока удалось провести такие измерения только для единичных вспышек и с очень грубой точностью. При этом еще не нашлось подходящих «кандидатов» среди космических объектов, расположенных в измеренном направлении, которые могли бы быть источниками гамма-вспышки.

Теперь о некоторых гипотезах, которые астрофизики-теоретики выдвигают для объяснения гамма-вспышек. Проще всего было бы связать эти вспышки с обычными вспыхивающими звездами типа UV Кита и U Близнецов. Такое отождествление, однако, фактически не удалось. Чрезвычайная кратковременность гамма-вспышек свидетельствует о малом размере источника этого явления. По всей вероятности, источником гамма-вспышки является объект с радиусом, во всяком случае уступающим солнечному. Если бы это была какая-либо ближайшая к Солнцу звезда, то на ее поверхности нужно было бы предположить гигантскую вспыпщу с энергией, на несколько порядков превышающей энергию самых мощных солнечных вспышек. В результате неудачных попыток связать гамма-вспышки со вспышечной активностью названных объектов возникли значительно более экзотические гипотезы. Здесь можно различать две возможности: внутригалакти-ческие и внегалактические источники»

Внутригалактическими «кандидатами» можно считать в первую очередь нейтронные звезды, открытые около десяти лет назад в виде так называемых пульсаров. Необычайные физические условия внутри этих звезд, разнообразные формы их активности позволяют построить гипотезу о внезапных извержениях радиоактивного вещества из недр этих звезд, которое, разлетаясь, излучает мощный гамма-импульс с энергией порядка 1039 эрг. Имеются и другие возможности генерации гамма-импульсов в окрестностях нейтронной звезды, например, связанные с выпадением вещества кометы на ее поверхность.

Внегалактические источники гамма-вспышек выглядят еще более фантастически. Например, серьезно изучается возможность гамма-импульса при внезапных коллапсах (коллапс — процесс быстрого сжатия под действием собственных сил тяготения, носящий безостановочный характер) в ядрах молодых галактик сейфертовского типа. Бурные процессы в ядрах некоторых галактик давно привлекают внимание ученых. Внегалактическими источниками гамма-вспышек могут также оказаться некоторые типы сверхновых звезд. При взрыве такой сверхновой на ее поверхность с самого начала-выходит мощная ударная волна, нагревающая поверхностный слой вещества до очень высоких температур 108—109 К°. Тепловое излучение этого слоя имеет максимум в наблюдаемой области спектра и при энергии около 1047 эрг может привести к обнаруженной гамма-вспышке. Собственно, примерно такая же энергия гамма-импульса должна выделиться при упомянутом выше процессе катастрофического коллапса ядра галактики.