Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

сотрудник Ликской обсерватории Николас Мейол измерил скорости расширения различных частей туманности с помощью спектрограмм и эффекта Доплера и получил удивительный результат. Скорости оказались гораздо больше всех полученных ранее и значительно превышали 1000 километров в секунду. В 1942 г. Оорт и Мейол опубликовали в Соединенных Штатах совместную статью, где утверждалось, что положение Крабовидной туманности совпадает с положением Сверхновой 1054 г., вспышка которой достаточно уверенно датируется по сохранившимся данным. Их работа сопровождалась обзором соответствующих свидетельств, приведенных в ранних китайских летописях, составленным датским ориенталистом Я. Ю. Л. Дёйвендаком и другими авторами, последовавшими его примеру в изучении этого интересного исторического сюжета. Из многочисленных измерений, выполненных учеными, расстояние до туманности получалось около 5000 световых лет, и эта величина позволила получить первую численную оценку значения энергии, излучаемой туманностью в настоящее время. В 1949 г. австралийские специалисты Джон Г. Болтон и Гордон Стэнли обнаружили, что Крабовидная туманность является мощным источником радиоизлучения. Спустя пять лет советские ученые В. А. Домбровский и М. А. Вашакидзе исследовали поляризацию излучения, исходящего от этого объекта (И. М. Гордон и В. Л. Гинзбург независимо друг от друга предсказали, что она может быть наблюдаема). Так догадка, высказанная Кипенхойером, дополненная новыми данными, превратилась в стройное описание явления. После того как в Паломарской обсерватории появилась дополнительная информация, полученная Вальтером Бааде, а также благодаря исследованиям, проведенным в Лейдене Яном Оортом и Теодором Вальравеном, стало ясно: и видимое оптическое, и радиоизлучение Крабовидной туманности генерируется электронами или другими заряженными частицами, испускающими синхротронное излучение.

НОВЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

Публикации Ребера достигли Нидерландов во время войны, после чего у Яна Оорта возникла мысль, что спектральные линии, находящиеся в радиодиапазоне, могут стать важнейшим инструментом для построения карт, дающих представление о вращении и структуре нашей Галактики. Как мы уже видели, именно это и было предметом его исследований, когда он использовал данные оптических наблюдений, основанные на скудном потоке видимого света, которому удается просочиться через плотные пылевые облака, расположенные в галактическом диске. Радиоволны, как он понимал, наверняка могут проходить сквозь эту пыль, и доплеровское смещение какой-либо спектральной линии, испускаемой галактическими газами в радиодиапазоне, даст возможность измерить их скорости. Оорт поручил своему студенту Хендрику К. ван де Хюлсту рассчитать, какие это могут быть спектральные линии и какова их наиболее вероятная частота. Ввиду широкой распространенности водорода ван де Хюлст начал именно с этого элемента и обнаружил, что его излучение должно наблюдаться на длине волны 21 сантиметр или на частоте 1420 мегагерц. (Эта линия возникает в результате перехода между подуровнями сверхтонкой структуры основного уровня энергии атома нейтрального водорода.) Указанный прогноз опубликован на голландском языке в 1945 г., однако экономика страны находилась в таком состоянии, что прошло шесть лет, прежде чем удалось осуществить его проверку. В итоге при поддержке со стороны ПТС (почтовой и телефонной службы) Нидерландов и компании «Филипс» на телекоммуникационной станции в Коотвейке был установлен 7,5‐метровый немецкий радар-рефлектор с соответствующим приемником. После того как в 1951 г. К. А. Лекс Мюллер модифицировал приемник, ему совместно с Оортом удалось зарегистрировать искомую линию межзвездного излучения, а именно – линию нейтрального водорода в Млечном Пути. К их несчастью, они на самую малость отстали от гарвардских ученых Э. М. Пёрселла и его докторанта Гарольда И. Ивена, которые использовали весьма грубо собранный, но очень чувствительный приемник. Почти в то же самое время 21-сантиметровая линия была обнаружена в Сиднее (Австралия).

После окончания Второй мировой войны радиоастрономия получила мощный стимул к развитию благодаря обретению доступа к избыточному количеству радиооборудования и антенн, не говоря уже о высоком профессиональном уровне, достигнутом в области радиокоммуникации и радарной техники. Открытия шли одно за другим громадным валом, абсолютно неупорядоченно, и это сильно напоминало ситуацию, возникшую после того, как на небо впервые был направлен телескоп. Одно из наиболее ранних выдающихся открытий сделал в 1946 г. Джозеф Пози, обнаруживший, что яркостная температура Солнца в метровом диапазоне достигает порядка миллиона кельвинов. Это хорошо согласовывалось с оптическими наблюдениями короны, а следовательно, доказывало то, что корона представляет собой исключительно важный объект радионаблюдений, непрозрачный для волн такой же длины, идущих от нижних слоев. Мы уже упоминали о дискретном радиоисточнике, обнаруженном Хеем в созвездии Лебедь в 1945 г., сразу после войны, когда он еще работал в военном ведомстве. Постепенно открывались все новые и новые радиозвезды. Кембриджский астроном Райл обнаружил с помощью своего радиоинтерферометра (в следующем разделе мы поговорим об этом более подробно) интенсивный локальный источник в созвездии Кассиопея. В 1949 г. Джон Г. Болтон и Гордон Стэнли, работавшие в Сиднее, открыли три дискретных радиоисточника, доступных для наблюдения и в оптическом диапазоне. Один из них, названный ими «Телец А», находился в Крабовидной туманности, в то время как другие – «Дева А» и «Кентавр А» – располагались за пределами Галактики.

Почти в то же самое время Бернард Лавелл (он изучал космические лучи, занимался радиолокацией метеоров, полярных сияний, Луны и даже планет, а также исследовал радиоволны, идущие из космического пространства и от Солнца) понял, что ему срочно нужна подвижная антенна. В 1948 г. он инициировал проект постройки первого крупного параболоида, тип отражательной антенны, внешний вид которой известен сегодня почти каждому. В конечном счете благодаря своему упорству он достиг выдающихся результатов. Монтаж инструмента был полностью завершен в 1957 г. в обсерватории Джодрелл-Бэнк, недалеко от Манчестера на севере Англии; антенна достигала 76 метров в поперечнике и весила 1500 тонн (ил. 236). Она приводилась в движение с помощью механизмов, использовавшихся для наведения 15-дюймовых орудий на британских линкорах «Royal Sovereign» и «Revenge». Это выдающееся инженерное сооружение, чудом избежавшее гибели во время случившегося однажды урагана и, казалось, обреченное на прозябание из‐за недостатка финансирования, неожиданно привлекло к себе внимание широкой общественности. Телескоп доказал свою полезность в радиолокационном отслеживании ракетоносителей двух первых советских спутников, запущенных в 1957 г. Три года спустя американский космический аппарат «Пионер-5» отделился от ракетоносителя по сигналу, пущенному из обсерватории Джорделл-Бэнк. Такое нецелевое использование телескопа способствовало поступлению дополнительных денежных средств, в итоге ставших для него спасительными. Поднявшаяся накануне этого агитационная кампания, в ходе которой пресса пыталась пристыдить британское правительство (газета Sanday Dispatch писала: «Школьники жертвуют своими карманными деньгами, чтобы спасти нашу репутацию»), в итоге захлебнулась. Впоследствии телескоп «Марк I» был модернизирован, но его исходный технологический замысел оставили без изменений. Вслед за этим в 1961 г. стартовал другой масштабный проект – телескоп в Парксе (Австралия) с 64‐метровой антенной. Еще одним прекрасным примером из длинного списка всех радиотелескопов с подвижной антенной является введенный в эксплуатацию в 1972 г. телескоп в Эффельсберге (Германия). Диаметр его отражателя составляет 100 метров, а поверхность изготовлена настолько точно, что позволяет работать в диапазоне волн короче одного сантиметра.

Самые большие радиотелескопы конца ХХ в. (если судить по площади их отражающей поверхности) были установлены в Аресибо (Пуэрто-Рико) и в станице Зеленчукской в горах Северного Кавказа, хотя их конструкции сильно отличались друг от друга. Телескоп в Аресибо, безусловно, более впечатляющий. Его неподвижный отражатель диаметром 305 метров уложен в воронку естественного происхождения, а облучатель антенны с сопутствующим оборудованием подвешен на трех огромных столбах. Сектор обзора может регулироваться изменением положения облучателя относительно отражателя таким образом, чтобы можно было наблюдать планеты и астероиды в подходящий для этого момент времени. Телескоп Аресибо, построенный в 1960–1963 гг., обязан своим существованием желанию Министерства обороны США следить за положением советских и других спутников, в основном путем графической регистрации их траекторий в ионосфере. Министерство обороны США, ставшее инициатором проекта, финансировало его в течение семи лет, а затем передало в Национальный научный