Читать книгу "Астрофизика начинающим: как понять Вселенную - Грегори Мон"

К сожалению, это были последние события такого рода в нашей Галактике – с тех пор больше ничего подобного пока не случилось.

Сегодня мы изучаем взрывающиеся звезды в далеких уголках Вселенной при помощи мощных телескопов. Каждый бит информации, которую телескопы приносят астрофизикам, приходит на Землю с лучом света. Но сверхновые не только излучают видимый свет, воспринимаемый человеческим глазом. Часть света, который они испускают, для наших глаз невидима.

Наши современные телескопы могут улавливать все виды света. Без этого астрофизики никогда бы не узнали о некоторых ошеломляющих чудесах Вселенной.

До 1800 года слово «свет», кроме того что оно означало высшее общество, относилось только к видимому свету. Но в начале того года английский астроном Уильям Гершель, уже хорошо известный тем, что в 1781-м он открыл планету Уран[11], стал изучать отношения между солнечным светом, цветом и теплом. Гершель начал с того, что поместил на пути солнечного светового пучка призму, стеклянный прибор, который разлагает белый свет на разные цвета. Ничего нового он не увидел. Сэр Исаак Ньютон сделал это еще в 1600-х и в итоге увидел знакомые всем семь цветов радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Ньютон при помощи призмы разложил солнечный свет на цветовые составляющие, а Гершелю стало любопытно, отличаются ли друг от друга температуры разных цветов. Поэтому он поместил в разные участки радуги термометры. И действительно, оказалось, что термометры на разных цветовых участках регистрировали разные температуры. Например, красный свет был теплее фиолетового.

Но Гершель положил термометр и за границами радуги, рядом с полоской красного цвета. Он думал, что этот термометр просто покажет комнатную температуру. Но получилось совсем иначе. Тут столбик поднялся даже выше, чем на термометре, освещенном красным светом. Это значило, что в солнечном луче таился какой-то новый вид света, не такой, как те цветные лучи, что изучал Гершель.

Невидимый свет.

Гершель случайно открыл «инфра»-красный свет, совершенно новую часть того, что мы теперь называем электромагнитным спектром – расширенной версией световой радуги, в которой есть и видимая, и невидимая части. Другие исследователи немедленно подхватили эту идею и начали с того места, где Гершель остановился. В 1801 году один немецкий физик нашел доказательство существования невидимого света и с фиолетовой стороны спектра. Что там за фиолетовыми лучами? «Ультра»-фиолетовые!

Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидят Фазаны[12]

Простая мнемоническая формула для запоминания цветов – каждое слово начинается с той же буквы, что и соответствующий цвет. Охотник – персонаж воображаемый, но, мне кажется, у него должны быть густые усы и, возможно, ружье.

Постепенно заполняя остальные части спектра, от излучений с низкой энергией и частотой к высокочастотным и высокоэнергетическим, мы нашли радиоволны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет (охотника с фазанами), ультрафиолет, рентгеновские лучи и, наконец, гамма-излучение. Многие из этих видов света раньше были незнакомы ученым, но сегодня мы научились использовать и изучать их все.

Загадочным образом астрофизики несколько медлили со строительством телескопов, которые могли бы «видеть» все эти невидимые излучения. На протяжении более трех столетий ученые считали телескоп средством расширить и усилить ограниченные возможности нашего зрения, чем-то вроде космических очков. Чем больше телескоп, тем более далекие объекты он дает возможность видеть; чем точнее форма поверхности его зеркал, тем более четкие изображения он позволяет получить. Но работа с новыми видами света требовала применения новой техники. Например, для регистрации рентгеновских лучей необходимо изготовление сверхточных зеркал. Если вы регистрируете длинные радиоволны, ваш приемник может не иметь столь точно отполированной поверхности, зато он должен быть как можно большего размера.

Сверхновые излучают все виды видимого и невидимого света, но ни одна конкретная комбинация телескопа и приемника неспособна регистрировать их все одновременно. Решить эту проблему несложно: получить изображения на многих разных телескопах и объединить их, наложить друг на друга. Хоть мы и не споосбны увидеть невидимый свет, мы можем условно обозначить разными цветами разные виды излучения и создать единое изображение, сочетающее данные, полученные с различными телескопами и приемниками.

Именно это я и сделал для моего друга Супермена. В комиксе, конечно. Когда он навестил меня и моих коллег в планетарии Хэйдена, я объяснил ему, что мы еще не собрали всей информации с наших телескопов. Чтобы наблюдать гибель материнской звезды, вокруг которой обращалась его планета, мы попросили обсерватории всего мира навести телескопы. Собрать всю информацию, полученную таким множеством телескопов и приемников, и свести ее в одно видимое изображение – невероятно трудная задача. В комиксе эта работа оказалась непосильной для компьютеров планетария, и поэтому сам Супермен – ведь его мозг представляет собой суперкомпьютер – сшивает все отдельные изображения в одно и получает картину взрыва своего солнца в видимых, инфракрасных и других лучах.

Да, знаю, люди восхищаются тем, что от него отскакивают пули, что у него из глаз бьют лазерные лучи, что он умеет летать. Но обработать столько астрофизических данных быстрее, чем это делает суперкомпьютер?

Вот что такое настоящая мощь.

Первыми телескопами, построенными для регистрации невидимых лучей, были радиотелескопы. Это удивительные инструменты. Американский инженер Карл Янский создал первый действующий радиотелескоп в 1929–1930 годах. Он немного напоминал передвижную оросительную систему на роботизированной сельскохозяйственной ферме, будучи собран из высоких прямоугольных металлических рамок. Еще он походил на карусель на деревенской ярмарке: рамки были смонтированы на колесных шасси из запчастей к «Форду-Т», популярной за несколько лет до этого модели автомобиля. Янский собрал свое хитроумное стофутовое устройство, чтобы принимать радиоволны длиной примерно в 15 метров.