Беседы о рентгеновских лучах (второе издание) - Павел Власов

По оценкам академика Я. Зельдовича и И. Новикова, в таких «дырах» уже нашли могилу десятки миллионов звезд, что соответствует 0,0001 массы нашей Галактики. Допускают, что эти «пожиратели светил» могут в конце концов поглотить все вещество вселенной, 99,99 процента которого сосредоточено именно в звездах.

Не способные члениться, дробиться, распыляться, «Гаргантюа небес» в состоянии сливаться с себе подобными. Где же предел такой концентрации?

Ответить помогает так называемое реликтовое излучение (от латинского «пережиток», «остаток»).

Оно напоминает бутылку с запиской, которую вылавливают через десятилетия. Путешествуя по бескрайним просторам космического океана, око доходит до нас с опозданием, рассказывая сегодня о делах давно минувших дней. О событиях тех далеких эпох, когда вселенная была совсем молоденькой, насчитывала миллионы лет, а не миллиарды. По этим и другим свидетельствам ученые могут представить ее детство. В возрасте около суток она была более горячей (100 миллионов градусов) и не столь разреженной (10-5 грамма на кубический сантиметр), как ныне. А раньше? Еще горячее, плотнее и меньше.

Допускают, что в первые мгновения своего существования она представляла собой каплю невообразимой плотности — 1091 грамма на кубический сантиметр, а это в 1090 раза больше, чем у ртути. Что касается размеров этой капли, то их малость и подавно невообразима: 10-12 сантиметра. Как у электрона!

На первый взгляд нам ничего не остается, как воскликнуть вслед за Алисой в «Стране чудес»: «Нельзя же верить в невозможное!» Но почему невозможное?

В таких условиях известные нам законы физики едва ли применимы в той же мере, как при объяснении привычных для нас фактов.

Наука на грани фантастики? Скорее уж впереди фантастики, чем у ее порога. Как заметил советский астрофизик И. Шкловский, «железная звезда» из романа И. Ефремова «Туманность Андромеды» выглядит наивно рядом с вполне реальным светилом, очутившимся в «гравитационной могиле»…

Вполне реальным? Это ведь тоже воображаемая картина! Да, но она строго отражает физическую реальность. Ведь если звезды зажигают или гасят, значит, это не просто «кому-нибудь нужно», а с необходимостью следует из теоретических предпосылок и экспериментальных фактов, объединяемых в гипотетическую картину. В картину, которая непрестанно уточняется.

В отличие от фантастики наука не переиздает свои сочинения стереотипно. Напротив, корректирует и даже перечеркивает их безжалостно, если они перестают соответствовать современному уровню знаний. Так и в рентгеновской астрономии. Единичные кванты незримого излучения, собираемые заатмосферной аппаратурой, сливаются в нарастающий поток информации и о «черных дырах», и о прочих икс-объектах, которые сегодня рисуются дерзкими гипотезами, а завтра будут описываться строгими теориями. Понятно, почему с таким нетерпением ожидаются новые сведения: не ради сенсации, а ради информации, позволяющей сделать еще шаг-другой на пути от гипотезы к факту.

Многие из них получены, например, на советской орбитальной станции «Салют-4». Там неплохо поработали рентгеновские телескопы РТ-4 и «Филин». Первый регистрирует мягкую радиацию, которая ослабляется особенно заметно. Второй — и мягкую и жесткую в широком диапазоне, позволяя тщательно исследовать самые разные ее источники. Космонавтами изучались и Лебедь Х-1, и Скорпион Х-1, и другие объекты.

Идет планомерное кропотливое накопление данных.

А тем временем специалисты думают, как поднять работу на качественно иной уровень.

Можно создать, например, на Луне обсерваторию с крупными рентгеновскими телескопами. Там им не будет мешать даже разреженная газовая среда, через которую движется космический аппарат на любой околоземной орбите, даже весьма высокой (верхняя атмосфера простирается на многие сотни километров над плотными воздушными слоями). Но особенно важно, что там нет радиационных поясов, подобных тем, которые образовались вокруг нашей планеты. В них ведь накапливаются заряженные частицы (электроны, протоны), поставляемые космическими лучами. А частицы нет-нет, да и заставляют срабатывать счетчики квантов.

Эксплуатировать на благо рентгеновской астрономии не только искусственные, но и естественный спутники Земли вполне реально. Достаточно вспомнить советские луноходы. Первый же из них продемонстрировал высокую эффективность автоматики. Активно действовал на Луне многие месяцы, столь длительный срок пребывания для людей там пока еще просто немыслим.

Рентгеновские телескопы лунной обсерватории можно нацелить в любой пункт небесной сферы, чтобы затем удерживать в таком положении средствами автоматической наводки долгие часы и дни. Не проблема и получение информации, накапливаемой в запоминающих устройствах и передаваемой на Землю в сеансы телеметрической связи.

На «Луноходе-1», который успешно функционировал в Море Дождей с 17 ноября 1970 года по 4 октября 1971 года, был испытан счетчик-телескоп, созданный в ФИАНе (Физическом институте Академии наук СССР имени П. Лебедева). Первый опыт длительной эксплуатации такого прибора в суровых условиях Луны дал хорошую основу для дальнейшего совершенствования подобной аппаратуры.

Сегодня небесная рентгеновская радиация улавливается телескопами двух типов — счетчиковыми и зеркальными. Последние интересны тем, что используют ее малоизвестное неспециалистам свойство.

Казалось бы, всепроникающая, она тем не менее способна практически полностью отражаться от очень гладкой металлической поверхности, когда падает на нее под малым углом, почти скользя по касательной.

Тщательно отполированное зеркало напоминает сужающийся, имеющий параболическое сечение стакан без дна. Зеркало фокусирует невидимые лучи, направляя их концентрированным потоком на детектор. А тот регистрирует их в виде отдельных импульсов (например, разрядов, вызываемых ионизирующими квантами в специальной трубке, где создано электрическое поле высокого напряжения).

Как видно, зеркальный телескоп — одновременно и счетчиковый (не по названию, а по существу). Последний отличается от первого в принципе тем лишь, что не фокусирует незримую радиацию. И улавливает ее не через одно оконце, а сразу множеством «глазков», расположенных впритык, как ячейки сотов, на плоской платформе. Детектор тоже не один, а десятки.

У американского спутника «Ухуру» было, если помните, две такие обоймы, площадью 880 квадратных сантиметров каждая. Зеркальный телескоп, разработанный в ФИАНе, имеет никелевый параболический отражатель диаметром 20 сантиметров. Недалек день, когда в заатмосферном пространстве появятся намного более крупные приборы обоих типов. Счетчиковые — площадью в несколько квадратных метров. Зеркальные — поперечником около метра и длиной 5–6 метров. Почему и те и другие?

Каждый имеет свои преимущества. Если мягкая радиация хорошо отражается от полированных металлических стенок, то жесткая все-таки проходит через них. Зато фокусирующее устройство имеет в десятки раз более высокую чувствительность, чем нефокусирующее. Концентрирование потоков позволяет гораздо точнее измерять положение на небе даже слабых источников. С другой стороны, нужны и обычные счетчики рентгеновских и гамма-квантов, установленные десятками, сотнями на больших панелях и способные охватывать всю панораму икс-объектов: четкость искупается масштабностью.

Укрупнение и усовершенствование этих инструментов помогут лучше решать главную проблему — надежнее определять координаты рентгеновских излучателей, всех вместе и каждого в отдельности, что особенно трудно делать, когда яркость мала.

Удастся зафиксировать еще более удаленные от нас и потому кажущиеся слабыми икс-объекты. Диапазон наблюдаемой вселенной раздвинется для рентгеновской астрономии в десятки раз.

Впрочем, техника техникой, но даже самая совершенная автоматика не сведет на нет роль человека.

И здесь нельзя недооценивать огромные возможности пилотируемых космических кораблей и прежде всего орбитальных станций. Они все шире будут использоваться в заатмосферных исследованиях.

Новая информация, полученная из заоблачных далей высотными аэростатами, геофизическими ракетами, искусственными спутниками и прочими летательными аппаратами, имеет колоссальное значение. Благодаря ей решаются все новые проблемы. Но и ставятся все новые. Зачастую она приносит больше вопросов, чем ответов.

Тайна ползущего Краба: свидетельствуют средневековые звездочеты и современные астрофизики

Пари на доллар против рубля и общий выигрыш — обнаружение уникального тройного пульсара

— Вы хотите во что бы то ни стало удивить, заинтриговать читателя вашими любимыми икс-лучами. Допустим, вам удастся вызвать в ком-то любопытство к ним, ну и что? Оно может помешать деловитому, объективисту подходу к этому действительно важному инструменту теории и практики. Настроить «будущего Колумба» на поиски чего-то сенсационного, тогда как наука — прежде всего будничная работа, а не романтическая «езда в незнаемое».