они могут отклоняться и, более того, удерживаться, как в ловушке, гравитационным полем!
Да полноте, как же так? Они ведь нечто невесомое!
Добро бы речь шла о частицах. Скажем, об электроне, чья масса ничтожна (10^-27 грамма), но все-таки она налицо. А у кванта ее вроде бы нет - чему ж тут притягиваться-то?
Обратимся к Его Величеству Опыту, пусть рассудит, что есть истина.
В 1917 году английский физик А. Эддингтон выдвинул оригинальное предложение, как проверить экспериментально общую теорию относительности А. Эйнштейна. Из нее следует, что световой луч, этот символ прямизны, не может не искривляться под действием тяготения. Скажем, скользя по касательной над поверхностью Земли, он должен отклониться от первоначального направления на 10 метров за секунду. Правда, за ту же секунду он пробежит 300 тысяч километров, и столь малое изменение практически не уловить. Иное дело, если он проходит вблизи Солнца, которое гораздо массивнее. Там изгиб в десятки раз больше. И может быть замечен с Земли. Как?
Очень просто: надо лишь сфотографировать одну и ту же звезду дважды когда наше светило почти касается ее своим краем и когда оно далеко от нее. Конечно, ее не снимешь белым днем, в обычных условиях.
Зато, когда Солнце закрыто от нас Луной, наступают сумерки, и звезды хорошо видны на небесах.
А- Эддингтон организовал экспедиции в районы полного затмения, которое наблюдалось 29 мая 1919 года, на остров Принчипе (Гвинейский залив) и в местечко Собраль (Бразилия). Не обошлось без приключений и незадач, но хорошо все, что хорошо кончается: теоретический вывод получил блестящее экспериментальное подтверждение.
Оказывается, можно видеть из-за угла! Гравитация изогнет лучи от загороженного источника и направит их нам в глаза. Очевидно, это относится и к незримой электромагнитной радиации: у нее ведь та же природа.
- Да, но одно дело свернуть с прямого пути и совсем другое - попасть в некую гравитационную ловушку, из которой вообще нет выхода. Может ли такое случиться с излучением, тем более столь жестким, всепроникающим, как рентгеновское?
- Представьте такую ситуацию: его узкий пучок настолько искривлен встречными звездами, что согнут, как говорится, в бараний рог. Можно ли вырваться из замкнутого круга? А теперь вообразите столь массивный икс-объект, что он не выпускает из своих гравитационных объятий ни единую крупицу материи. Если же он пленил частицы (они же волны), то почему не может пленить и волны (они же частицы)?
Как сказал В. Маяковский, "ведь еели звезды зажигают, значит, это кому-нибудь нужно"? Речь пойдет именно о них, с той лишь разницей, что их не только зажигают, но еще и гасят. Разумеется, в воображении, однако, на основе строгих выкладок, теоретических и экспериментальных.
Как ни поразительны дива дивные новейшей астрономии, о которых уже говорилось, в ее кунсткамере есть нечто подиковинней. Например, настоящий небесный монстр - "пожиратель вещества и излучения", один из самых экзотических феноменов большого космоса. Это знаменитая "черная дыра", вопрос о которой стал едва ли не центральным для астрофизиков, so всяком случае, "горячей точкой" их дискуссий.
Не исключено, что это в буквальном смысле слова горячая точка. Представьте: перед нами опять-таки результат гравитационного коллапса, но такого, который обходится без грандиозного космического фейерверка взрыва, разбрасывающего огромные массы огненного газообразного шара на все четыре стороны. Гигантская, в несколько раз крупнее Солнца, звезда сохраняет свое вещество при катаклизме целиком, и эффект сжатия оказывается еще более впечатляющим, хотя и не столь зрелищным. Она просто пропадает для внешних наблюдателей, превращаясь в точку горячую, но не светящуюся. Мгновенно "схлопывается", стиснутая со всех сторон чудовищным прессом собственного гравитационного поля. Материя конденсируется еще более плотным сгустком, чем даже в нейтронных звездах.
Никакое излучение, видимое или незримое, не может выйти из "черной дыры" никогда. Не только корпускулярные частицы, но даже электромагнитные кванты удерживаются там неимоверно мощным полем тяготения, похороненные, как в могиле.
И все же кое-какие сигналы из ее ближайшего окружения к нам доносятся. Дело в том, что она, подобно нейтронной звезде, образует двойную систему с крупным светилом и непрестанно заглатывает его плазму, которая обрушивается стремительным водопадом, раскаляясь до температур в десятки миллионов градусов.
В тысячные доли секунды выделяется больше энергии, чем при одновременном взрыве 100 миллиардов мощнейших водородных бомб.
Как мы уже знаем, в таких условиях рождается рентгеновская радиация. Вот она-то и дает нам знать хотя бы о самом существовании такого коллапсара, этой поистине всепожирающей пасти.
Наиболее вероятный кандидат в "черные дыры" - Лебедь Х-1, удаленный от нас на 8 тысяч световых лет.
Как он выглядит, если гипотеза правдоподобна? В точности никто сказать не может и не сможет, вероятно, никогда. Все же человеческая мысль устремляется "через не могу" за пределы доступного непосредственному изучению.
Считают, что это чрезвычайно гладкое тело. Оно не способно ни треснуть, ни расколоться на куски, ни потерять хотя бы крупицу своего вещества. Оно может лишь наращивать массу, равную 10 солнечным, и размеры (диаметр около 3 километров). Плазма, которую оно засасывает, окружает его сияющей короной, но километрах в 30 от центра светимость пропадает, и под ярким ореолом зияет черное пространство. Там - "дорога с односторонним движением", "путь в никуда", где все "проваливается в тартарары"...
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 ныке. 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 рт"ти. 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 невозможьи?
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 вперелч 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 знанииТак 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 кваптоз.
Эксплуатировать на благо рентгеновской астрономии не только искусственные, но и естественный сп)ткш:
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 - счетчиков ы ми 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 спосвбные 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.