Обильный урожай, снятый космонавтами со звездной нивы лишь в одном полете, привел в восторг астрофизиков Гарнийской лаборатории. Они довольно быстро разобрались в этом богатстве наблюдений и представили миру первые результаты работы астрономов с «Союзом-13». Даже простое перечисление наиболее существенных открытий, которые удалось при этом сделать, заняло бы не одну страницу. Ограничусь несколькими примерами.
С помощью «Ориона-2» были открыты мощные хромосферы у считающихся холодными звезд. Хромосфера — слой горячего газа, окутывающий звезду. До того знали только об одной хромосфере, той, что у Солнца. Обнаружили новые горячие звезды очень низкой светимости и совершенно непонятной природы. Впервые получили ультрафиолетовую спектрограмму планетарной туманности. Это гигантских размеров газовое образование с очень горячей звездой в центре. И хотя в руках астрофизиков оказалась всего-навсего одна спектрограмма, она позволила выявить три новых для планетарных туманностей элемента — магний, алюминий и титан. Скажете, не так уж и много? Не торопитесь с выводами. За предшествовавшие пятьдесят лет изучения планетарных туманностей обнаружено было всего шестнадцать элементов, а за последнюю четверть века — ни одного.
Примеры такого рода можно продолжать и дальше. Но, думаю, дело не в этом. Главное в том, что «Орион-2» не только и не столько решил какие-то астрофизические проблемы, сколько поставил новые. Порой это бывает похоже на увлекательный детектив. Судите сами.
Уже во время первых просмотров спектральных снимков «Ориона-2», доставленных с орбиты, внимание астрономов привлекла одна сравнительно слабая звезда, не отмеченная ни в одном из каталогов. Решили ее условно обозначить № 1. Располагается она недалеко от Капеллы. Коротковолновая граница спектра незнакомки упиралась в отметку около 2500 ангстрем. Значит, температура ее излучения высока. Проверили, действительно, оказалось не менее 20 тысяч градусов. А если учесть влияние межзвездного поглощения, то и того больше — свыше 50 тысяч градусов. Но тогда, по заключению астрономов, выходило, что она в 100 раз слабее обычной звезды той же температуры.
«Долго мы сидели над этой записью — мой учитель, вдохновитель и убежденный поборник всех наших начинаний в области внеатмосферной астрономии академик В. Амбарцумян и я, — рассказывал доктор физико-математических наук Г. Гурзадян, директор Гарнийской лаборатории. — Но расшифровать ее, разгадать природу этой звезды так и не смогли. Остановились лишь на предположении, что она, возможно, белый карлик. Но чтобы убедиться в этом, нужно хотя бы иметь ее спектрограмму, снятую в наземных условиях. Пишу письмо известному американскому астрофизику, крупнейшему знатоку звездных спектров Хербигу с просьбой изыскать возможность получения щелевой спектрограммы этой звезды с высоким разрешением на телескопе с трехметровым зеркалом Ликской обсерватории».
Американский коллега откликнулся на просьбу Г. Гурзадяна. Нужные спектрограммы были получены. Их анализ показал, что звезда № 1 не может быть белым карликом. Догадка, казавшаяся наиболее вероятной, не подтвердилась. Но тогда что же она такое, звезда № 1? Да и звезда ли это? И вообще, достаточно ли оснований считать, что объект № 1 находится в галактике? Уже и такие вопросы стали задавать себе ученые. Даже решились на предположение, что это квазар. (Так называют квазизвездные источники — недавно наиболее сенсационные объекты вселенной.) Ведь в телескопы квазары выглядят как слабенькие звездочки. На самом же деле светимость каждой из них больше, чем целой галактики, состоящей из ста миллиардов звезд. Просто квазары находятся от нас на удалениях, исчисляемых миллиардами световых лет, где-то на самом краю видимой в телескопы части вселенной. Удивительно, что интенсивность блеска квазаров меняется в течение месяцев и даже дней. Это означает, что они — одиночные массивные объекты, а не скопления миллиардов звезд, которые не могли бы мерцать все одновременно.
Откуда же берется энергия для столь мощного излучения? Выдвигались самые фантастичные гипотезы. В последнее время астрофизики склоняются к тому, что «топливо», питающее квазары, — гравитационная энергия. Мы привыкли к мысли, что ядерная энергия самая мощная. А может быть, это заблуждение, ограниченность нашего мышления, рожденная шоком ядерных взрывов? Почему бы не допустить, что во вселенной гравитационная энергия играет гораздо большую роль, чем мы ей отводим сейчас?
Однако если предположить, что звезда № 1 квазар, то он очень непохож на своих, так сказать, собратьев. Его светимость гораздо слабее, значит, он должен находиться недалеко от нас. Короче говоря, получается какой-то карликовый квазар, о которых до истории со звездой № 1 астрономы ничего подобного и в мыслях не держали. Как знать, может быть, и зря. Почему бы не поискать карликовые квазары вблизи нас? Их же нельзя обнаружить там, где нашли обычные квазары!
События вокруг объекта № 1 принимают детективный характер, и развязка пока не предвидится. Но она непременно произойдет. Правда, для этого потребуются новые «Орионы», новые, еще более совершенные и мощные космические обсерватории.
История с двумя фотонами
Природа познаваема, и наука последовательно снимает покровы с ее заветных тайн. Пока мы не знаем биографии вселенной до нынешнего момента, не знаем, что ждет ее в необозримом будущем. Может быть, она разбежится, а может, снова сожмется в точку. И возможно, ответы на многие из вопросов, касающихся судеб мироздания, принесет физика элементарных частиц — наука, изучающая микромир. Ничего здесь парадоксального нет. Главная задача и физики элементарных частиц, и астрофизики — понять, как устроена окружающая нас природа. Вот почему исследования микромира и мегамира сейчас порой тесно смыкаются. Наглядный тому пример — история с двумя фотонами, о которой я хочу рассказать.
Всюду, начиная от пламени обыкновенной спички и кончая звездами и Солнцем, каждый, образно говоря, переход электрона с более высокой орбиты вокруг ядра на более низкую сопровождается испусканием одного, и только одного, фотона. Такова природа этого явления, известного нам со школьной скамьи.
Однако еще в конце 20-х годов немецкий физик-теоретик М. Гепперт-Майер, опираясь на только что появившийся тогда теоретический аппарат квантовой механики, показал чисто математическим путем, что переходы атома из одного состояния в другое могут вызвать появление одновременно двух фотонов. При этом сумма энергий обоих должна быть постоянной и равной разности энергии исходного и конечного энергетических уровней атома.
В начале 40-х годов ученые сочли очевидным, что двухфотонное излучение вполне реально при одном из переходов атома водорода. Правда, вероятность такого события в миллион раз меньше, чем обычного однофотонного перехода. Дело в том, что для появления двухфотонного излучения необходимы условия, при которых ничего не должно помешать возбужденному атому «прожить» в особом, метастабильном состоянии положенное время — около десятой доли секунды. А помешать здесь способны случайные столкновения с другими атомами или фотонами.
Выход ясен: нужна сильно разреженная среда, в которой одновременно чрезвычайно мала и плотность излучения. По расчетам выходило, что даже предельно малые концентрации вещества при этом должны быть в миллион раз меньше тех, что достигаются в самых совершенных вакуумных камерах на Земле. Вот почему в течение полувека в физических лабораториях так и не сумели получить экспериментального доказательства одного из фундаментальных предсказаний квантовой механики.
Между тем необходимые для двухфотонного излучения условия существуют в планетарных туманностях. Именно к ним в последние 20–30 лет обращали свои взоры физики и астрофизики в надежде обнаружить неуловимое излучение. И что вы думаете? Именно там они его нашли. На полученной в космосе с помощью «Ориона-2» спектрограмме одной из планетарных туманностей наконец-то отыскались явные признаки двухфотонного излучения водорода. Тщательная проверка, проведенная разными способами, полностью подтвердила этот вывод.
Итак, пока увенчалась успехом лишь одна попытка. Но Рубикон перейден. Внеатмосферная астрономия, которой космонавтика дала жизнь, уверенно шагает в грядущее. И ей суждено раскрыть самые сокровенные тайны вселенной.
На границе «Земля-космос»
Красота космических зорь
Первым увидел космическую зарю Ю. Гагарин. Все было необычно, ярко, впечатляюще. «Красота-то какая!» — только и смог он воскликнуть в восторге от увиденного. Слишком коротким было его путешествие на орбиту.
«На горизонте я увидел ярко-оранжевую полосу, над которой стали возникать все цвета радуги. Небо было таким, словно я глядел на него через хрустальную призму, — рассказывал после своего суточного рейса в космос Г. Титов… — Перед выходом корабля из тени Земли интересно было наблюдать за движением сумерек по земной поверхности. Одна часть Земли — светлая — в это время уже была освещена Солнцем, а другая оставалась совершенно темной. Между ними была четко видна быстро перемещавшаяся сероватая полоска сумерек. Над ней висели облака розоватых оттенков… Космос ждет своих художников, поэтов и, конечно, ученых, которые могли бы все увидеть своими глазами, осмыслить и объяснить».
