- 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.
Рентгеновское излучение
Крупные успехи достигнуты за последние годы в исследованиях в рентгеновском диапазоне длин волн. Особенно впечатляющие результаты были получены при помощи рентгеновской аппаратуры американского спутника «Ухуру» («Эксшюрер-42»), запущенного 12 декабря 1970 г.
По данным наблюдений за первые два года после запуска составлен каталог, включающий 163 дискретных источника рентгеновского излучения. Примерно две трети из них находятся в галактической плоскости и, по-видимому, принадлежат нашей Галактике.
Часть высокоширотных источников может быть внегалактическими небесными объектами. Некоторые из этих источников отождествлены с сейфертовскими галактиками, квазарами и скоплениями галактик. Оказалось, что у этих отождествленных источников энергия излучения в рентгеновском диапазоне в тысячи раз и более превышает энергию, излучаемую ими в видимом и радиодиапазонах. Удалось и отождествление дискретных рентгеновских источников с более близкими объектами: вспыхивающими звездами нашей Галактики, Туманностью Андромеды, Большим и Малым Магеллановыми Облаками и др. Кроме данных о дискретных источниках, аппаратура спутника позволила получить ценную информацию о рентгеновском излучении фона галактического и внегалактического происхождения.
С помощью «Ухуру» были открыты быстро-переменные периодические источники рентгеновского излучения, свойства которых по многим характеристикам отличаются от свойств радиопульсаров (аналогичных объектов в радиодиапазоне). Один из таких переменных источников — Центавр Х-3 — имеет два характерных периода изменения интенсивности излучения: 2,1 дня и 4,8 сек. Другой — Геркулес Х-1 — три: 35 суток, 1,7 дня и 1,24 сек. Синусоидальный характер двойной периодичности хорошо объясняется гипотезой о системе, состоящей из двух объектов. В ней один из компонентов — рентгеновский источник, обращающийся вокруг другого, центрального. При этом последний периодически загораживает рентгеновский источник и не пропускает его излучение. Эта интерпретация получила должное обоснование после отождествления быстропеременно-го источника Лебедь Х-1 с двойной звездой HD-226868. Определение параметров таких систем позволило в некоторых случаях предположить возможность существования «черных дыр», предсказанных теоретически.
Интересные результаты получены при помощи американского спутника «ОСО-7» (запущен 28 сентября 1971 г.), рентгеновская аппаратура которого была более совершенной по сравнению с «Ухуру». С ее помощью наблюдались некоторые источники из каталога «Ухуру», но с большим временным разрешением, в частности, источники с периодическим изменением интенсивности; собрана более конкретная информация о форме импульсного излучения источника Геркулес Х-1 и других подобных источников.
В этой же области излучения проводила наблюдения и орбитальная астрономическая обсерватория «Коперник». За первые пять месяцев функционирования на орбите было выполнено 191 наблюдение 55 отдельных рентгеновских источников. Аппаратура «Коперника» зарегистрировала рентгеновские источники излучения скоплений галактик в созвездиях Персей, Волосы Вероники, Дева и Центавр, а также наблюдала рентгеновское излучение радиогалактики Лебедь A.
Наука и человечество. 1975. Сборник – М., «Знание», 1974.