В качестве примера остановимся на рентгеновской обсерватории «Чандра», выведенной в 1999 году на высокую орбиту с помощью злосчастного шаттла «Колумбия». Обладая способностью получать рентгеновские изображения в диапазоне энергий квантов 0,1-10 кэВ, она превосходит по чувствительности своих предшественников («Эйнштейн» и ROSAT) в десятки раз, а разрешающая способность лишь в 5 раз хуже, чем у Космического телескопа им. Хаббла. Любопытна конструкция
34
Чем и как изучают Вселенную
рентгеновского телескопа. Поскольку рентгеновское излучение достаточно эффективно отражается лишь при падении под очень малым углом к поверхности, рентгеновские телескопы состоят из двух стоящих друг за другом зеркал почти цилиндрической формы (точнее, фрагментов параболического и гиперболического зеркал). Их собирающая поверхность весьма мала, но, поскольку угол между лучом и поверхностью также крайне мал, ее увеличивают, вкладывая друг в друга несколько пар зеркал на манер «матрешки». «Чандра» имеет 4 пары зеркал из специального стекла, покрытых слоем иридия. Собирающая площадь зеркал составляет «скромную» величину в lioo см2. Изображение фиксируется на ПЗС-матрицы. Кроме собственно телескопа, «Чандра» несет дифракционные решетки высокой и низкой энергии, датчик электронов, протонов и альфа-частиц.
Гамма-телескопы не имеют зеркал нет такой поверхности, которая могла бы отражать и фокусировать гамма- лучи. Приемниками очень жестких квантов обычно служат сцинтилляционные датчики и трековые детекторы,
Отдельная тема нейтринная астрономия. Нейтрино частица, предсказанная в 1930 году Вольфгангом Паули, обладает чрезвычайно неприятным, с точки зрения наблюдателя, свойством: она практически не взаимодействует с материей. В одну секунду через каждый квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, проходит порядка 6о млрд нейтрино, чего мы совершенно не замечаем. К счастью, выражение «практически не взаимодействует» означает, что иногда, крайне редко, взаимодействие нейтрино с веществом все же происходит и его можно зафиксировать. Обычный нейтринный телескоп (который правильнее назвать нейтринным Детектором) представляет собой бассейн с дистиллированной водой объемом в сотни или даже тысячи кубометров, расположенный глубоко под землей для экранирования от наземных помех и космических частиц иной природы. Каждое взаимо- Деиствие нейтрино с электроном, входящим в молекулу воды,
35
или с ядром дейтерия (для тяжелой воды) сопровождается вспышкой черенковского излучения, фиксируемой многочисленными датчиками. Например, в 1987 году во время вспышки Сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке детектор LSD зафиксировал 5 событий взаимодействия нейтрино с веществом, детектор «Камиоканде» и событий и детектор IMB 8 событий.
Важно понять: исследования, проводимые в различных диапазонах длин электромагнитных волн, не копируют, а дополняют друг друга. И здесь как нельзя уместнее вновь вспомнить притчу
о слоне и пяти слепцах. Ведь
если каждый из них поверит словам другого (а по необходимости и проверит их лично), то объект «слон» уже не будет напоминать им ни веревку, ни колонну, ни стену, а сложится во что-то слоноподобное...
Завершая наш по необходимости краткий обзор, мы обязаны рассказать о совершенно новой области наблюдательной астрономии обнаружении гравитационных волн. Согласно Общей теории относительности (ОТО), гравитационные волны должны свободно распространяться в пространстве, подобно электромагнитному излучению. В сущности, любой движущийся предмет испускает гравитационные волны ничтожно слабые для земных объектов, более сильные, хотя все равно недоступные наблюдениям для системы «звезда планета» или «звезда звезда» и резкие всплески в случае слияния компактных объектов звездной массы, например нейтронных звезд и черных дыр. Существование гравитационных волн удалось подтвердить экспериментально, хотя и косвенным путем по медленному уменьшению периода взаимного обращения двойных нейтронных звезд. В данном случае уменьшение кинетической энергии системы можно объяснить только излучением гравитационных волн.
Согласно ОТО, есть взаимосвязь между действием гравитационного поля и изменением кривизны пространства-времени. Следовательно, при прохождении гравитационной волны будут меняться (пусть и на ничтожно малую величину) линейные раз
36
Чем и как изучают Вселенную
меры протяженных тел. Проекты гравитационных телескопов представляют собой просто-напросто отрезки (обычно взаимно перпендикулярные), длина которых измеряется с высокой точностью при помощи лазерной интерферометрии. К сожалению, чувствительность аппаратуры пока недостаточна для уверенного обнаружения гравитационных волн. Или, может быть, нам просто не везет ведь события типа слияния черных дыр происходят поблизости от нас нечасто...
Рассказав немного об астрономах и их инструментарии, мы теперь перейдем к главной и наверняка наиболее интересной теме книги Вселенной во всем ее удивительном разнообразии.
Тем читателям, кому знакомо преобразование Фурье, незачем объяснять, что такое спектр (например, радиотехнического сигнала). Но если вы не имеете высшего технического образования, то уж во всяком случае наверняка слышали о солнечном спектре, весьма красочно проявляющемся в радуге или в более редких солнечных или лунных гало. Зрелище увлекательное, что и говорить. Однако мало кто из далеких от астрономии людей способен представить себе, какую революцию в астрономии произвела спектроскопия и какие данные о Вселенной удалось получить с ее помощью!