Советская космическая техника все более расширяет возможности физиков. Их приборы стоят на сверхтяжелых спутниках типа «Протон», на близнецах типа «Электрон». Для исследования космического пространства потрудилось более сотни спутников серии «Космос». В просторы солнечной системы ушли станции типа «Зонд».
Космические лаборатории «Венера» и «Марс» и летающая по окололунной орбите «Луна-10» значительно расширили наши знания о космических частицах и их распределении в пространстве.
Теперь ученые располагают исчерпывающими данными и о расположении и о мощности этих поясов космических частиц, окружающих Землю. Оказалось, что наибольшая интенсивность внешнего поля проявляется на высоте в 20 тысяч километров от поверхности Земли. Причем мощность слоев достигает наибольшей величины в области земного экватора и оказывается наименьшей в полярных областях. Ракета или спутник, которые пересекают внутренний пояс радиации, подвергаются бомбардировке этих частиц, создающих внутри космического корабля опасное для жизни излучение. Теперь конструкторы звездолетов знают, что им надо позаботиться о защите космонавтов от этого излучения и выбрать траекторию так чтобы она проходила по наименее опасному пути.
...Ученые продолжают рисовать карту мира космических лучей. Каждый новый запуск искусственного спутника Земли, еще более тяжелого, несущего на своем борту еще более совершенную аппаратуру, каждая бороздящая просторы космоса ракета вписывают новую страницу в историю космических частиц. Ученые уже обладают ключом ко многим тайнам космических частиц. Они знают об этих космических странницах все то, что можно узнать о них, оставаясь на равнине, поднимаясь в горы или посылая приборы на искусственных спутниках Земли или ракетах.
Но есть вопросы, на которые, казалось, нельзя ответить не только в наше время, но даже в ближайшее столетие.
Где рождаются космические лучи? Откуда несутся они стремительным потоком к Земле?
Рожденные смертью
...В четвертый год, во вторую луну,
была видна необыкновенная звезда
возле западной стены Синего дворца.
В седьмую луну она исчезла.
Из древней летописи
По следам катастрофы
Девятьсот тринадцать лет назад в созвездии Тельца вспыхнула новая звезда. Ее яркость была столь велика, что звезду видели даже днем. Старинные китайские и японские летописи подробно описывают это необыкновенное явление. Они отмечают, что «звезда-гостья» была в три раза ярче Венеры. Примерно через полгода звезда начала гаснуть и исчезла.
Замечательное явление должно было быть видно во всем мире. Любопытно, что уже в наши дни на стене одного из пещерных жилищ древних обитателей Америки нашли примитивный, но знаменательный рисунок. На нем изображена звезда вблизи Луны так, как была видна эта сверхновая в момент вспышки.
Все это происходило в 1054 году. В этом же году в Киеве умер Ярослав Мудрый. Собранное им государство стало ареной междоусобной войны. Летописцы подробно зафиксировали бурные события того времени, но ни в одной русской летописи не упоминается о небесном знамении – новой звезде. Занятые земными делами, наши предки не смотрели на небо. 4 октября 1957 года советские люди открыли космическую эру, запустив в небо первый искусственный спутник Земли. Началось планомерное наступление на тайны космоса. Стали падать последние покровы таинственности с давней загадки, которую занесла на Землю невидимая частичка, случайно залетевшая в прибор Дмитрия Владимировича Скобельцына.
Эта частичка и ей подобные принесли людям важнейшие сведения о еще нехоженых дорогах космических просторов, об истории рождения и гибели других миров, об исполинских силах, скрытых в ядре атомов материи. Они поведали и печальную повесть древней звезды, которая, внезапно вспыхнув, исчезла, не оставив, казалось, и следа...
Ключ к тайне
Мы подходим к самому фантастическому этапу исследований космических частиц. Сегодня история изучения нового мира космических лучей делает ошеломляющий, удивительный, прекрасный скачок в мир абстракций, в мир чистой догадки, фантазии, блестяще предвосхищающих действительность... Подготовили его два советских ученых: физик-теоретик В.Л. Гинзбург и астрофизик И.С. Шкловский, создавшие признанную во всем мире теорию происхождения космических частиц.
Как ни кропотливы, как ни ювелирны были исследования ливней космических частиц, но это были явления, происходившие если и не рядом с людьми, то, во всяком случае, недалеко. Ученые при помощи приборов видели, чувствовали предмет своих исследований. И пока физики изучали космические лучи в пределах их досягаемости, они стояли на реальной почве эксперимента. Если они и не могли тотчас проверить свою теорию опытом, то, во всяком случае, надеялись сделать это рано или поздно.
Когда же дело дошло до проблемы-происхождения космических частиц, ученым пришлось углубиться в мир, недоступный непосредственному вмешательству.
Но, оказывается, как мы убедимся дальше, человеческому разуму полет фантазии, карандаш и бумага могут сказать не меньше, чем плоть эксперимента.
И вот Гинзбург, молодой блестящий «теорфизик», известный замечательными по глубине и прозорливости теоретическими разработками в области строения ядра и радиоастрономии, забыв на время о других задачах, засел за теорию происхождения космических частиц.
А Шкловский, иногда неожиданно для коллег увлекающийся гипотезами, которые кажутся необычайными (кто не спорил, например, о его гипотезе искусственного происхождения спутников Марса!), заинтересовался тайной древней звезды.
Чутьем глубокого ученого Шкловский понял, что вспышка древней звезды не просто образец дыхания космоса, но ключ к совершенно новому кругу явлений. Недаром он роется в древних китайских и японских летописях, ища в намеках неведомых астрономов, в их красочном, но наивном описании грандиозных космических катастроф подтверждения мучившей его мысли. Он перечитывает историю русской науки (а во времена вспышки легендарной звезды эта наука отличалась от современной, как желудь от векового дуба) и ищет впечатления жителей Киевской Руси, которые бросили бы свет на его догадку.
А догадка заключалась в том, что звезда, исчезнувшая из поля зрения древних астрономов, должна иметь непосредственное отношение к происхождению космических лучей, тайне, давно волнующей умы исследователей. Теоретические соображения и расчет подсказали ученому, что если на месте древней погасшей звезды произошла катастрофа, если звезда, разгоревшись вдруг ярким пламенем, взорвалась, то она должна была превратиться в газовую туманность, опутанную паутиной магнитных полей. Вещество ее разлетелось во все стороны с большой скоростью. Электроны были не в состоянии вырваться из плена магнитных полей туманности и остались блуждать в них, излучая радиоволны и свет. Протоны же преодолели силу магнитных полей туманности и стали космическими странницами. Они и должны составлять большинство частиц, которые мы называем первичными частицами космических лучей.
Листая летописи
Получив такой ответ теории, ученые взглянули на небо. Действительно, как раз в районе, указанном древними хрониками, мерцала еле видимая туманность, по форме напоминающая краба. Вот почему Шкловский жадно перелистывал пожелтевшие страницы, желая отождествить Крабовидную туманность с древней звездой и... боясь ошибиться! Если теория верна, если действительно в глубине веков произошло то, что подсказало ему воображение, Крабовидная туманность должна быть источником мощного радиоизлучения.
В это время быстро входила в силу новая наука – радиоастрономия. Она обещала разгадку многих тайн вселенной тому, кто овладеет шифром радиоволн, приходящих на Землю из разных уголков космоса. И на загадку древней звезды ответила радиоастрономия. Шкловский рассказывает:
– Мысль о том, что Крабовидная туманность может быть сильным источником радиоизлучения, возникла у меня еще в 1948 году. В 1949 году в Крыму по моей просьбе была сделана попытка обнаружить радиоизлучения от нее. Увы!.. На имевшемся в то время в обсерватории радиотелескопе наблюдения можно было проводить только тогда, когда источник радиоизлучения восходит над морем. По невезению место восхода туманности было закрыто горами, не хватало нескольких градусов по азимуту. В том же 1949 году австралийцы обнаружили очень сильное радиоизлучение Крабовидной туманности, обнаружили случайно. Излучение оказалось неожиданно мощным.
Изучив наблюдения радиоастрономов, ученые окончательно уяснили судьбу древней звезды. Действительно, примерно 5909 лет назад в небе произошла гигантская катастрофа. Невидимая глазу звездочка внезапно разгорелась ярким пламенем и взорвалась, превратившись в слабую туманность, хорошо видимую в обычные телескопы. Пять тысяч лет шел свет от места катастрофы до Земли и, достигнув ее в 1054 году, рассказал эту историю. Но в то время люди не были подготовлены к пониманию рассказа светового луча.
К счастью, кроме света, продукты взрыва звезды излучают радиоволны, которые были недоступны нашим предкам, но теперь расшифрованы учеными. Эти радиоволны и поведали нам повесть о погибшем светиле.
Не все поверили в эту теорию астрофизиков. Ведь астрофизики, как шутят «земные» физики, часто ошибаются, но никогда не сомневаются. Неясными были некоторые тонкости явления, которые полностью разъяснились в 1954 году благодаря работам советских радиоастрономов. А затем, через два года, их подтвердили и американские ученые, проверив наблюдения на самом большом оптическом телескопе.
Через века
Но неужели только эта бывшая звезда – источник космических частиц? – задали себе вопрос исследователи. Чтобы проверить это, Гинзбург провел расчет. Оценив мощность радиоизлучения от Крабовидной туманности, он подсчитал количество электронов, блуждающих в плену мощной магнитной ловушки этой туманности. А так как при взрыве должно родиться приблизительно одинаковое количество электронов и протонов, то нетрудно было сравнить их число с числом космических частиц, обнаруженных в космосе.
Оказалось, что результаты расчета не совпадают с данными экспериментов.
Почему? – взволновались ученые. Ответ был один: значит, не только эта древняя звезда – поставщик космических частиц. Должны быть и другие.
И Шкловский снова ищет на страницах истории упоминания о вспышках новых и сверхновых звезд – так названы звезды, рождающие космические частицы. И находит то, что ищет! Находит описание вспышки звезды, которое мы вынесли в эпиграф.
«В период Тай-Хэ, в четвертый год, во вторую луну, была видна необыкновенная звезда возле западной стены Синего дворца. В седьмую луну она исчезла».
Вот какой неточный адрес оставили древние наблюдатели! Но ученые нашли место катастрофы.
Астрономы внимательно взглянули через самые крупные телескопы на место, указанное им радиоастрономами. Они увидели в этой точке неба маленькое туманное волокно. При наблюдении сквозь синий светофильтр оно по форме напоминало арку. В красных лучах обнаружились и другие клочья и обрывки туманности. Это был очень слабый источник света – известная астрономам туманность Кассиопеи.
Радиоастрономам же открылась совсем иная картина. В радиолучах туманность Кассиопеи предстала ослепительно яркой. Именно здесь когда-то давно произошла вспышка сверхновой. И произошло это ни более ни менее как 1600 лет назад, в 369 году нашей эры, в четвертый год периода Тай-Хэ по китайской хронологии.
Так началось отождествление ныне видимых туманностей с некогда вспыхнувшими и погасшими звездами.
Увлеченный почти детективной задачей разгадывания многовековых загадок, И. Шкловский восклицает: – Успехи новейшей науки – радиоастрономии, опирающиеся на сверхсовременные достижения радиофизики, электроники, теоретической физики и астрофизики, оказываются тесно связанными с текстами хроник, написанных древними астрономами Китая!
Труд этих людей спустя тысячелетия ожил и как драгоценное сокровище вошел в фонд науки середины XX века!
Поющие галактики
Но и сверхновые оказались не единственными поставщиками космических частиц. Нашелся еще один вид небесных источников, рождающих космические частицы – радиогалактики.
К ним ученые отнесли чрезвычайно интересный объект – туманность, видимую в созвездии Лебедя, расположенную далеко за пределами нашей Галактики. Этот объект оказался мощнейшим источником радиоволн. «Яркость» источника Лебедь-А в радиолучах раз в 500 больше яркости «спокойного» Солнца! Мощность его радиоизлучения во столько же раз превышает мощность крупнейшей из созданных трудом человека радиостанций, во сколько раз вся энергия, излучаемая Солнцем, превосходит энергию, излучаемую свечой, да еще ослабленную в 10 тысяч раз по сравнению с обыкновенными свечами.
Но учтите, ведь созвездие Лебедя расположено на чудовищном расстоянии от Земли. Свет от него идет к Земле 650 миллионов лет! А поток радиоизлучения его сильнее, чем радиоизлучение Солнца, отстоящего от нас всего на расстоянии в 8 световых минут.