Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

продолжены всесторонние теоретические исследования нейтронных звезд. Магнитное поле нейтронных звезд, как предсказывала теория, должно быть в триллион (1012) раз сильнее, чем у Земли, и оно вносит существенный вклад в излучение, идущее от этих звезд. С другой стороны, примерно тысяча (или около того) нейтронных звезд нашей Галактики, открытые методами радиоастрономии, испускают подавляющую часть своей энергии посредством крайне высокоэнергетических фотонов – рентгеновских лучей или гамма-квантов. Впервые их опознали по крошечным импульсам на базе относительно слабого радиооборудования, и это можно считать большой удачей. По поводу радиопульсаров решили так: это быстро вращающиеся нейтронные звезды, излучающие посредством синхротронного механизма подобного тому, который мы уже рассматривали в этой главе (см. с. 888). Получающееся радиоизлучение исходит из областей, расположенных в непосредственной близости от звезды. Как мы увидим далее, пульсары, испускающие рентгеновские лучи, были обнаружены позже, в 1971 г., с помощью спутниковых наблюдений, и, согласно теории, излучение пульсаров подобного типа исходит от полюсов звезды. Известны пульсары, излучающие и на других длинах волн. Во всех случаях наблюдаемые нами пульсации представляют собой типичный эффект маяка; улавливаемый нами импульс возникает всякий раз, когда максимум излучения пробегает через наше поле зрения.

Неожиданная ценность исторических астрономических свидетельств уже иллюстрировалась нами на примере Крабовидной туманности, появившейся в 1054 г. Интерес к этому объекту еще более возрос после того, как обнаружилось, что в центре него находится пульсар. Вращаясь со скоростью около тридцати трех оборотов в секунду, он – один из наиболее быстрых из более чем тысячи других пульсаров, открытых до конца минувшего тысячелетия. Его высокая скорость – следствие его относительной молодости (теория предсказывает замедление вращения с течением времени, поскольку энергия звезды рассеивается), а потому исторические свидетельства предоставляют важные исходные данные для понимания всего механизма. Эти изменения крайне незначительны, но измеримы (о чем свидетельствует точность, с которой определен период пульсара CP 1919). Однако не все изменения плавные. Часто наблюдаются скачкообразные изменения периода, чему можно найти самые разнообразные объяснения, например, исходя из гипотетического представления о разломах, возникающих в твердой коре звезды. Астрогеология неожиданно расширила свои границы, выйдя далеко за пределы Солнечной системы и охватив такие области, как изучение звездотрясений. Несмотря на то что сегодня существует разделяемая всеми по меньшей мере стержневая основа теории, объясняющей поразительно большое количество явлений, наблюдаются некоторые разногласия в отношении природы механизма того, как работает нейтронная звезда. Это и не удивительно, поскольку состояние вещества в центре нейтронной звезды представляет собой один из наиболее сложных вопросов фундаментальной физики, что нетрудно понять, приняв во внимание существующие там громадные плотности.

Пульсары предоставили дополнительные возможности для решения такой фундаментальной задачи, как проверка общей теории относительности Эйнштейна; это касается гравитационных эффектов. В предыдущей главе мы видели, как Эйнштейн объяснил (к удовольствию по меньшей мере своих сторонников) едва заметное смещение перигелия Меркурия. В 1974 г. Рассел Халс и Джозеф Тейлор открыли звездную систему, где соответствующее прецессионное смещение должно было происходить в десять тысяч раз быстрее. Это оказалась двойная нейтронная звезда с орбитальным периодом восемь часов, один из компонентов которой – пульсар. Тейлор выполнял наблюдения в течение двадцати лет и в ходе этой работы обнаружил постепенное уменьшение размеров орбиты. Таким образом, он нашел еще одно наглядное подтверждение теории Эйнштейна, предположив, что это уменьшение вызвано потерей энергии системы, происходящей в результате гравитационного излучения – другого следствия общей теории относительности. (Движущаяся система гравитационных масс порождает колебания самого пространства, в результате чего ее энергия уменьшается.)

Чем больше обнаруживали пульсаров, тем чаще пересматривались данные относительно скорости их вращения. В январе 2006 г. измерение осевого вращения одного из двойных пульсаров дало величину 716 оборотов в секунду, в то время как предыдущее измерение, считавшееся верным в течение 24 лет, давало 642 оборота в секунду. Новым чемпионом стал один из 33 пульсаров в шаровом скоплении Терзян 5. Он движется по круговой орбите с периодом 1,0944303 суток. Семь десятичных знаков после запятой красноречивее всяких слов говорят о современной хронометрии, однако настоящей звездой этого шоу является массивный объект, который совершает оборот вокруг своей оси быстрее взмаха пчелиного крылышка.

УСПЕХИ ОПТИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ

Чтобы по достоинству оценить изменения, произошедшие в мировой астрономии в послевоенный период, было бы полезно уделить некоторое внимание и традиционной оптической астрономии, посмотрев на нее с высоты современных достижений, хотя и с риском пройти мимо значимых событий. Оптическая астрономия отнюдь не ушла в тень после того, как появилась радиоастрономия. К тому времени крупнейшим инструментом в этой области являлся большой 200-дюймовый рефлектор «Хейл» в Паломарской обсерватории, введенный в эксплуатацию в 1948 г. С самых первых дней его использовали в крайне важной работе – уже упомянутых исследованиях звездных населений, предпринятых Бааде, и в ряде исследований Сэндиджа. Начиная с 1950 г. Аллан Р. Сэндидж был ассистентом и аспирантом Хаббла, а в 1952 г. вошел в штат обсерваторий Маунт-Вилсон и Лас-Кампанас. После смерти Хаббла он унаследовал его программу глобального определения расстояний и скоростей разбегания галактик. Он получил важные данные, в частности численное значение замедления расширения, что оказало огромное влияние на космологические представления 1950‐х и 1960‐х гг. («параметр замедления» будет повторно рассмотрен нами в главе 20). Спустя некоторое время в Паломарской обсерватории Джесси Гринстейн выполнил исследование белых карликов, Эрик Э. Беклин и Дж. Нейгебауэр – инфракрасных источников, а Бааде, Цвикки и Минковский – остатков сверхновых.

В 1975 г., в те времена, когда если что-то и имело значение, так это размер, в Советском Союзе был введен в эксплуатацию альт-азимутальный оптический телескоп с еще большим объективом – 6 метров, или 236 дюймов. Одно только его зеркало, отливка и полировка которого производилась в Ленинграде начиная с 1968 г., изначально весило 70 тонн. Однако этот телескоп эксплуатируется в неблагоприятных условиях в районе Кавказских гор на юге России и ненамного превышает возможности ряда инструментов меньшего размера. Интересно отметить, что Исаак Ньютон в своей «Оптике» рекомендовал вершины гор как места, где можно избежать дрожания атмосферы. Однако есть и более убедительные соображения. На очень большой высоте содержание водяных паров в атмосфере значительно уменьшается, что делает возможным наблюдение в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах. Это преимущество не оценили по достоинству до тех пор, пока на горе Пик-дю-Миди во французских Пиренеях не была основана первая высокогорная обсерватория. Эта обсерватория, первоначально использовавшаяся только в метеорологических целях, находится на высоте 2877 метров. Работы на ней велись с 1882 г., но не регулярно, к тому же французское правительство сократило ее финансирование, и сегодня ее главная заслуга состоит в туристической привлекательности единственной в мире обсерватории, столь эффектно расположенной среди скалистых гор. В некоторых кругах принято называть «старейшей непрерывно действующей высокогорной обсерваторией» находящуюся на горе Гамильтон в Калифорнии, подчеркивая таким образом, что пальма первенства принадлежит ей (но она начала работать в 1888 г.). В 1889 г. Гарвард открыл более скромную станцию в Арекипе (Перу). Она оставалась там до 1927 г., после чего ее перенесли в Блумфонтейн (Оранжевая провинция в Южной Африке), а в 1966 г. окончательно закрыли. Первой обсерваторией, построенной на западе Соединенных Штатов под руководством астрофизика Дональда Мензела, стала высокогорная обсерватория в Клаймаксе и Боулдере (штат Колорадо). Открывшись в 1930 г., она стала в ряд его обсерваторий, снискавших похвальную репутацию, но эта обсерватория выделяется в силу оказанного ею существенного влияния. Мензел специализировался на получении внезатменных изображений солнечной короны, он постигал азы этого редкого мастерства непосредственно у Бернара Лио, обучаясь у него на Пик-дю-Миди.

Технология изготовления телескопов – это отдельная тема, но