Виктор Комаров - Занимательная астрофизика

• Название: Занимательная астрофизика
• Автор: Виктор Комаров
• Издательство: Наука. Главная редакция физико-математической литературы
• Жанр: Научпоп
• Год: 1984

Книга в популярной и занимательной форме знакомит читателей с наиболее интересными проблемами современной астрофизики, с не обычными физическими объектами в космосе: пульсарами, квазарами, радиогалактиками, черными: дырами, источниками: рентгеновского и гамма-излучения, а также с наиболее интересными вопросами современной космологии. В книге рассказывается о новых методах познания Вселенной, об открытиях, сделанных в последние годы. Специальный раздел посвящен проблеме поиска разумной жизни во Вселенной.

Для иллюстрации вопросов астрофизики авторы в ряде случаев прибегают к помощи научной фантастики.

Под редакцией В, М. Чаругина.

---

Вспомним хотя бы нашумевшую в свое время историю открытия пульсаров. Это произошло в 1967 году…

Подходила к концу ничем не примечательная августовская ночь. На радиоастрономической обсерватории неподалеку от Кембриджа велись обычные наблюдения. И вдруг на ленте регистрирующего прибора появилась странная запись. Импульсы радиоизлучения, следующие один за другим через равные промежутки времени. И с такой точностью, что по ним можно было бы с успехом проверять не только обычные, но даже атомные часы!.. Объяснение напрашивалось само собой — обнаружен искусственный радиопередатчик неведомой внеземной цивилизации. Английские ученые были настолько ошарашены этим поразительным открытием, что на протяжении нескольких месяцев хранили его в строжайшей тайне и даже окрестили своих предполагаемых далеких корреспондентов «зелеными человечками».

Сегодня природа загадочных импульсных сигналов уже ни для кого не составляет секрета: их порождают пульсары — быстровращающиеся нейтронные звезды, т. е. физические объекты в космосе, не имеющие никакого отношения к деятельности гипотетических разумных существ.

Таким образом, оказалось, что во Вселенной возможны физические процессы, порождающие правильно организованное радиоизлучение и тем самым как бы «маскирующиеся» под искусственные радиопередачи.

Другой пример связан с черными дырами. Как уже говорилось, непосредственно наблюдать черные дыры нельзя. Обнаружить их можно лишь косвенным путем.

Я. Б. Зельдович предложил оригинальный метод — искать подобные экзотические образования в двойных системах. Если один из компонентов такой системы света не излучает, а его масса превосходит пять солнечных масс, то можно предполагать, что это — звезда, закончившая в полном соответствии с теорией свое существование в стадии черной дыры. В этом случае, как показывают расчеты, из области такой двойной системы должно исходить интенсивное рентгеновское излучение.

Объект, обладающий всеми перечисленными свойствами, был обнаружен в созвездии Лебедя. Его масса равна 14 солнечным, и из этой области идет рентгеновское излучение. Казалось бы, все признаки черной дыры налицо! Но когда астрофизиков спрашивают, уверены ли они в том, что объект в созвездии Лебедя действительно черная дыра, они с неопределенной улыбкой говорят примерно следующее: «Весьма вероятно, но голову на отсечение я бы пока все-таки не дал. Разве что… палец».

Неопределенность улыбки в данном случае отражает астрономическую неопределенность. Да, эффекты, предсказываемые теорией, в самом деле зарегистрированы. Однако не исключена возможность, что причиной этих эффектов является не черная дыра, а совсем иной физический процесс.

Случаются в астрофизике и неопределенности несколько иного рода. Они возникают в связи с тем, что полученные в результате наблюдений данные могут оказаться недостоверными благодаря… оптическим иллюзиям. Иными словами, иногда при астрономических исследованиях из-за особенностей распространения световых лучей в мировом пространстве возникают своеобразные обманы зрения, способные вводить в заблуждение наблюдателей…

В словаре В. И. Даля понятие «иллюзия» расшифровывается так: «видимость, мнимое, обманчивость, обман чувств, обман воображения, надежд…».

А в Советском энциклопедическом словаре мы читаем: «Иллюзии (от латинского illusio — обман), искаженное восприятие действительности, обман восприятия…».

И далее: иллюзии оптические (обманы зрения), ошибки зрительного восприятия объектов — их цвета, величины, формы, удаленности и др. Иллюзии оптические связаны с влиянием цветового контраста, освещенности окружающих предметов, движения объекта и др.

Хорошо известна классическая астрономическая иллюзия, жертвой которой оказались наши предки, — иллюзия суточного обращения всех небесных светил вокруг Земли. Земной шар вращается вокруг своей оси с запада на восток, а нам кажется, что Солнце, Луна, планеты и звезды перемещаются в обратном направлении с востока на запад. Эта иллюзия сыграла исключительно важную роль в истории человечества: она способствовала построению ошибочной геоцентрической картины мира, господствовавшей на протяжении многих столетий. До тех пор, пока Копернику не удалось раскрыть ее иллюзорный характер.

Еще одну космическую иллюзию мы тоже наблюдаем чуть ли не каждый день. Нам представляется, что диск Солнца обладает таким же поперечником, как и диск Луны. В действительности же диаметр Солнца примерно в 450 раз больше лунного. Но Солнце находится в 400 раз дальше от Земли, и по этой причине, видимые угловые размеры обоих светил для земного наблюдателя почти совпадают. Кстати, именно по этой причине маленькая Луна может (это происходит во время солнечных затмений) полностью закрыть огромный диск дневного светила.

Рис. 11. Двойной квазар.

Но это еще сравнительно простые случаи. Встречаются ситуации и гораздо более сложные.

В середине 1979 г. в созвездии Большой Медведицы был открыт очередной необычный космический объект — двойной квазар. Два квазара, расположенные на небе на очень небольшом угловом расстоянии друг от друга, соответствующем фактическому расстоянию всего в 500 световых лет (рис. 11).

Этот квазар зарегистрирован в соответствующем астрономическом каталоге под индексом Q 0957+ 561 А, В. Буква Q означает «квазар», цифры — небесные координаты, буквы А и В — двойной характер, объект а.

Столь близкое расположение квазаров уже само по себе удивительно, поскольку эти объекты распределены на небесной сфере более или менее равномерно и находятся друг от друга на значительных расстояниях.

Но еще удивительнее было то, что оба квазара, о которых идет речь, оказались похожими один на другой словно близнецы-братья. Спектры их излучения совершенно одинаковы: совпадают и химический состав и даже интенсивности соответствующих спектральных линий. А последующие наблюдения показали, что спектры обоих компонентов совпадают не только в диапазоне видимого света, но и в ультрафиолетовой области. Более того, и тот и другой квазары удаляются от нас с совершенно одинаковыми скоростями, составляющими около 0,7 скорости света. А это, между прочим, означает, что оба объекта не просто проектируются в одну и ту же область небесной сферы, а находятся от нас на совершенно одинаковых расстояниях порядка 10 млрд. световых лет.

Рис. 12. Эффект Эйнштейна.

Что же в таком случае представляет собой загадочный двойной квазар? Редчайшее случайное совпадение? Однако, как известно, вероятность случайных совпадений в природе весьма невелика. А может быть, никакого двойного квазара на самом деле и не существует, и мы столкнулись со своеобразной «космической иллюзией» — своего рода космическим миражом?

Ничего невероятного в подобном предположении нет. Еще в 1936 г. А. Эйнштейн высказал предположение о возможности отклонения световых лучей в полях тяготения массивных космических тел, играющих таким образом роль своеобразных гравитационных линз. Он, в частности, рассмотрел случай, когда на одном луче зрения расположены две звезды — более далекая и более близкая. Эйнштейн показал, что в этой ситуации гравитационное поле ближней звезды может действовать как собирательная линза, фокусирующая свет дальней звезды. В результате видимый блеск этой звезды значительно возрастет (рис. 12).

Когда были открыты квазары с их необычайно мощным излучением, намного превосходящим все, что было известно ранее, некоторые астрономы предприняли попытку объяснить это явление не реальными свойствами квазаров, а действием космических «гравитационных линз», в фокусе которых случайно оказалась наша Земля. Однако дальнейшие исследования со всей убедительностью показали, что квазары в самом деле являются чрезвычайно мощными источниками энергии и гравитационные линзы здесь ни при чем.

Рис. 13. Гравитационная линза

Однако это вовсе не означает, что отклонение световых лучей в сильных гравитационных полях вообще не может приводить к космическим иллюзиям. Открытие двойного квазара вновь заставило вспомнить об идее Эйнштейна. Представим себе, что между каким-либо космическим объектом, например квазаром, и Землей расположен компактный массивный объект — черная дыра большой массы или галактика (рис. 13).

Если бы этого объекта не существовало, то световые лучи квазара распространялись бы прямолинейно. И те из них, которые направлены в сторону наблюдателя, создали бы обычное одиночное его изображение. Однако при наличии массивного объекта картина оказалась бы иной. Под воздействием сильного гравитационного поля световые лучи испытали бы искривление, и на прежнем месте наблюдатель квазара бы не увидел. Зато к нему пришли бы световые лучи, «обогнувшие» гравитационную линзу справа и слева, подобно тому, как струи водного потока огибают встретившееся на их пути препятствие. В этом случае наблюдатель увидел бы вместо одного два «мнимых» изображения квазара, несколько отстоящие одно от другого. Мнимых потому, что они находились бы не в том месте, где в действительности расположен квазар, а по направлениям касательных к искривленным световым лучам, пришедшим в точку, откуда ведутся наблюдения. Иными словами, в этом случае сработал бы тот же самый физический механизм, который приводит к возникновению хорошо известных земных миражей.