Александр Исаакович Китайгородский
ФИЗИКА ДЛЯ ВСЕХ
Книга 4: Фотоны и ядра
*** 1982 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Советский физик Я. Б. Зельдович более чем 20 лет назад предложил начать поиск черных дыр, исходя из идеи, что их присутствие на небе должно влиять на поведение находящихся поблизости видимых тел. Вместе со своими сотрудниками он начал систематический просмотр звездных каталогов с тем, чтобы найти видимую звезду, вращающуюся около черной дыры. Такая звезда должна выглядеть одиночкой, а ее вращение приведет к тому, что спектральные линии будут периодически смещаться в красную или синюю сторону в зависимости от того, движется ли звезда от нас или к нам.
В эту работу включились исследователи и других стран, и было найдено некоторое число вроде бы подходящих звезд. Из величины доплеровского смещения можно грубо оценить -массу звезды, около которой происходит вращение видимого спутника. Были отобраны невидимые кандидаты, масса которых была в три4 раза больше массы Солнца. Таким образом, речь не могла идти ни о белых карликах, ни о нейтронных звездах. И все же этого недостаточно для утверждения, что такая экзотическая система, как черная дыра, действительно существует. Оппоненты могли выставить серию других объяснений периодического доплеровского смещения. Однако имеется одно явление, которое можно призвать на помощь Дело в том, что черная дыра обладает способностью втягивать в себя газ из своего спутника. При падении в черную дыру этот газ должен сильно разогреваться и излучать рентгеновские лучи. Правда,; такую же оттяжку газа производят и нейтронные звезды, и белые карлики. Но их, как сказано выше, мы можем отличить от черной дыры по величине массы. Совсем недавно была найдена звезда,- удовлетворяющая всем требованиям, которым должен подчиняться спутник черной дыры. За этим открытием, без сомнения, последуют новые эксперименты и детальные теоретические расчеты, цель которых — предсказать особенности рентгеновского спектра, исходящего из окружения черной дыры. Ближайшее будущее должно показать, насколько часто эти поразительные «тела>> встречаются во Вселенной. Есть основания полагать что возможно существование крупных черных дыр и чёрных мини-дыр с массой порядка 1016 г. Такие дыры размером меньше атомного ядра могут неожиданно погибнуть, возвратив заключенную в них энергию. А ее достаточно Для того, чтобы удовлетворить в течение мно- гих лет все нужды Земли в энергии. Какая великолепная тема для авторов научно-фантастических романов На фотографии, которая приведена на рис. 7.4t изображена параболическая радиоантенна. Она фокусирует падающие на нее параллельные радиолучи. Лучи собираются в точке, где помещен специальный приемник. Далее сигнал усиливается радиотехническими способами. Параболическая антенна, показанная на рисунке, установлена в городе Эффельсберге (ФРГ). С помощью этой антенны стометрового диаметра ведут совместные исследования ученые многих стран, в том чис- ле и советские. Подобные антенны обладают поразительной чувствительностью. Поворачивая их так, чтобы ось зеркала смотрела в интересующем нас направлении, мы в состоянии уловить потоки энергии порядка 10 28 Вт с/м2. Фантастично, не правда ли?! Радиоастрономия привела к фундаментальным открытиям в области физики Вселенной. Радиотелескопы установлены на Луне и на некоторых спутниках! Д аким образом, поглощение и отражение электромагнитных волн атмосферой перестает быть препятствием для наблюдателя. Пока что имеются два «окна» в электромагнитном спектре. Одно из этих окон пропускает видимый свет, а другое — радиоизлучение в пределах длин волн от 2 см (15 ООО МГц) до 30 м (10 МГц). Погода не влияет на радиоастрономические наблюдения. Радйонебо «выглядит» совсем иначе, чем то, которым мы Любуемся ночью. Радиоизлучение космоса — не очень сильное, и его изучение стало возможным лишь благодаря феноменальным успехам радиотехники. Достаточно сказать, что радиоизлучение Солнца в миллионы раз меньше по мощности чём излучение в световом диапазоне. И несмотря на это, без радиоспектроскопии мы не смогли бы установить много важнцх фактов. Так, большую роль в понимании процессов, протекающих во Вселенной, играет измерение остаточного излучения взрывов «сверхновых» звезд. Нейтральный водород излучает сильную волну длиной 21 см. Измерение интенсивности этого радиоизлучения позволило набросать картину распределения в космосе межзвездного газа и проследить за движением газовых, облаков. Найдено большое число радиогалактик и квазаров; которые находятся от нас на предельно больших наблюдаемых расстояниях. Достаточно сказать что красное смещение излучения, приходящего от этих.источников достигает зкачения — 3,5, Красное смещение определяется как отношение разности принятой и испущенной длин волн к величине испущенной длины волны. Так что разность в 3,5 раза больше чем длина колны излучения. Радиометоды позволили заглянуть на самую окраину Вселенной. Радиоастрономические исследования позволили разобраться в природе космических лучей поступающих к нам из небесных просторов. КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ Исследования, которые сейчас можно с удобствами производить в космосе, доказывают, что на нашу Землю непрерывно падает поток ядерных частиц, движущихся со скоростями, практически равными скорости света. Их энергия: лежит в пределах 408—1020 эВ. Энергия порядка 1020 эВ превосходит на восемь порядков энергии которые можно создать в самых мощных ускорителях! В основном первичные космические лучи состоят из протонов (около 90%); кроме протонов в них присутствуют и более тяжелые ядра. Разумеется, сталкиваясь с другими молекулами, атомами,. ядрами, космические лучи способны создать элементарные частицы вЪех типов. Но астрофизиков интересует первичное излучение. Как создаются потоки частиц, обладающих такой энергией? Где лежат источники этих частиц? Достаточно давно было доказано, что не Солнце является основным источником космического излу-черия. Но е&ли так, то ответственность за создание космических лучей нельзя переложить и на другие звезды поскольку в принципе они ничем не отличаются от Солнцу. Кто же виноват? В нашей Галактике существует Крабовидная туманность, которая образовалась в результате взрыва звезды 1054 г. (не надо забывать что ученые следят за звездным небом не одну тысячу лет). Опыт показывает, что она является источником радиоволн и источником космических частиц. Это совпадение дает разгадку огромной энергии космических протонов. Достаточно допустЬть, что электромагнитное поле, образовавшееся в результате взрыва звёзды, играет роль синхротрона, и тогда огромная энергия, которая набирается частицей, путешествующей по спирали вокруг линий магнитной индукции на протяжении тысяч световых лет, может достигнуть тех фантастических цифр, которые мы привели. Расчеты показывают,, что, пролетев расстояние, равное поперечнику нашей Галактики, космическая частица не может набрать энергии больше , чем 1Q1® эВ. Видимо, частицы с максимальной энергией приходят к нам из других галактик. Разумеется, нет никакой необходимости полагать что только взрывы.звезд приводят к появлению космических частиц. Любые звездные источники радиоволн могут быть одновременно источниками космических лучей. Существование космических лучей было обнаружено еще в начале нашего века. Установив электроскопы на воздушном шаре, исследователь замечал, что разрядка электроскопа на больших высотах идет значительно быстрее, чем если этот старинный прибор, оказавший физикам немало услуг, помещен на уровне моря. Стало ясным, что всегда происходящий спад листочков электроскопа не является следствием несовершенства прибора, а есть результат действия каких-то внешних факторов. В 20-х годах физики уже понимали, что ионизация воздуха, которая снимала заряд с электроскопа, несомненно внеземного происхождения. Милликен первый уверенно высказал такое предположение и дал явлению его современное название: космическое излучение. - В 1927 г. советский ученый Д. В. Скобельцын первый получил фотографию следов космических лучей в ионизационной камере. Обычными способами, которые мы описывали ранее, была определена энергия космических частиц. Она оказалась огромной. Изучая природу космических лучей, физики сделали ряд замечательных открытий. В частности существование позитрона было доказано именно этим путем. Так ж? точно и мезоны — частицы с массой, промежуточный между массами протона и электрона,— были впервые обнаружены в космических лучах. Исследования космических лучей продолжают оставаться одним из увлекательных занятий физиков. Незавершенность астрофизики делает трудным ее изложение в одной главе небольшой книги, цель которой — ввести читателя в круг основных фактов и идей физической науки. Я выбрал из физических проблем,; касающихся Вселенной, лишь несколько вопросов, которые казались мне наиболее интересными. |
