Астрономия издавна считалась таким почетным занятием, что им, как известно, не брезговали и главы государств. Знаменитый Улугбек, правивший Самаркандом в XV веке, не только построил уникальную для того времени трехъярусную обсерваторию, но и составил удивительно точный каталог положений 1018 звезд, а также изложил теоретические основы своей любимой науки. Причем шах-звездочет наблюдал небо невооруженным взглядом, поскольку до изобретения телескопа было еще более ста лет.
С тех пор астрономы оснастились целым арсеналом технических средств. Сначала были первые маленькие линзовые, зеркальные или зеркально-линзовые телескопы. Сейчас они кажутся игрушечными по сравнению с современными гигантами. И профессиональным радиоастраномам уже давно не приходится неотрывно, как Галилею, сидеть у окуляров своих инструментов - светочувствительные пластинки, фотоэлектронные устройства и другие приемники излучений заменили глаз астронома. А с 1990 года на околоземной орбите за пределами земной атмосферы появился космический телескоп «Хаббл», увеличивший зоркость землян сразу во много раз.
Однако небесные тела посылают в пространство не только видимый свет, но и другие виды излучений, в частности различного диапазона радиоволны. О радиоастрономии и пойдет речь.
Мы все - радиодальтоники
Родилась эта молодая наука в 30-е годы, когда американец Карл Янский, испытывавший антенную систему, увидел, что его приборы принимают какие-то сигналы разной интенсивности прямо из космоса. Он первый понял, что «фонит» и само небо, а кроме этого есть много компактных радиообъектов. Благодарные ученые назвали в честь наблюдательного американца единицу плотности потока радиоизлучения - Янский. С этого случайного, как это иногда бывает в науке, события и началась радиоастрономия.
- Если бы наши органы чувств могли воспринимать радиоизлучение небесных тел, мы бы гораздо полнее воспринимали окружающий мир, - говорит директор Радиоастрономического института Национальной академии наук Украины, академик НАН Украины Леонид Литвиненко. - Взгляду радиотелескопа наше небо представляется совсем не таким, каким его видит человеческий глаз. Для него это бушующее море огня с пятнышками пульсаров, квазаров, галактик. По характеру радиоизлучений - частоте, интенсивности, поляризации - специалисты и судят об их строении и происходящих в них процессах. Причем не всегда объект, видимый в оптический телескоп, наблюдается радиоастрономами. Бывает и наоборот. Это зависит от его возраста, от того, на каком этапе развития он находится. Есть обитатели космоса, которые «молчат» на всех диапазонах, кроме декаметрового. Именно с этими волнами, в частности, работают харьковчане, наблюдая объекты из самых отдаленных областей Вселенной, от которых световой луч идет десять миллиардов лет.
Свою «картину» они накладывают на изображения, полученные в других диапазонах волн. Вырисовывается некий синтезированный, более полный портрет объектов. Как если бы возможности человеческих органов чувств резко расширились. Ведь люди - в общем-то безнадежные радиодальтоники и воспринимают только малую часть электромагнитной информации, непрерывно идущей из глубин Вселенной. Это природное ограничение и снимает радиоастрономия.
Сеть для ловли звезд
…Мы стоим прямо в центре радиотелескопа УТР-2. Это один из главных наблюдательных инструментов института. Отсюда, из окон обсерватории, видно, как в разные стороны гигантской буквой «Т» на несколько сот метров протянулись антенны-вибраторы, улавливающие голоса далеких миров.
Радиоастрономы работают круглосуточно. Есть широкая программа исследований, куда входит изучение Солнца и планет, галактик, пульсаров и квазаров, межзвездной среды и других объектов. Ученые изучили северное небо, определили координаты и спектры нескольких тысяч радиоисточников, составили каталог, которым пользуются астрономы всего мира.
И, как говорится, природа всегда отвечает тому, кто правильно ставит вопросы. Харьковчане обнаружили в межзвездной среде излучение углерода, который составляет основу органической жизни. Научной сенсацией стала разработанная ими теория гравитационных линз и описание механизма радиоизлучения Юпитера.
Однако им хотелось увеличить свою «зоркость». В Харькове родилась идея создать систему из отдельных радиотелескопов декаметрового диапазона, которые были бы размещены в разных регионах Украины, но работали как единый гигантский инструмент. Синхронно принимая сигналы из космоса, они имитировали бы огромную антенну, вытянутую на сотни километров. Такой комплекс был разработан и построен в 1976-1996 годах в рамках научной программы Национальной академии наук Украины «Уран». Он состоит из пяти больших радиотелескопов. Кроме уже известного УТР-2 сюда вошли инструменты, расположенные в Змиеве близ Харькова, в Полтавской, Волынской и Одесской областях. Прикиньте мысленно. Такая «радиосеть» для ловли звезд растянулась почти на всю территорию нашего немаленького государства.
«Уран» сочетает высокую чувствительность радиотелескопа УТР-2 со способностью различать мелкие детали или, как говорят специалисты, с высоким угловым разрешением. Он позволил вести наблюдения при большом уровне помех и очень сильном влиянии ионосферы Земли и межпланетной плазмы. Ученые и инженеры института воплотили целый ряд остроумных технических решений, которые снизили сложность антенных систем при высокой их надежности в эксплуатации. Были разработаны и новые методики наблюдений.
Другими словами, у харьковчан появилась возможность задавать космосу гораздо больше вопросов и получать гораздо больше ответов. Теперь разрешающая способность сети радиоинтерферометров достигает одной угловой секунды. У специалиста эта фраза вызывает вздох восхищения - такая зоркость равна фундаментальному теоретическому пределу. Этот предел связан с особенностями распространения радиоволн в межпланетной и межзвездной среде. Для неспециалиста поясню: теперь можно наблюдать огромное количество самых отдаленных объектов Вселенной. И не только улавливать «шепот» далеких звезд, но и изучать их структуру и эволюцию.
Вот только некоторые из этих невообразимо далеких миров.
Корона Андромеды
Читатель, если вы все-таки поднимете взгляд к ночному зимнему небу, то в западной части созвездия Андромеды заметите слабое-слабое сияние. Это туманность Андромеды - самый далекий объект, видимый невооруженным глазом. Огромная спираль звезд очень напоминает нашу галактику, Млечный Путь, но она еще больше по размерам. Если вам удалось увидеть это серебристое сияние, то знайте, что на сетчатку ваших глаз попал свет, которому уже более двух миллионов лет.
Но, оказывается, это неполный портрет красавицы. Харьковские радиоастрономы обнаружили, что вокруг видимой части галактики Андромеды располагается радиокорона радиусом до 18 килопарсек. Согласитесь, так гораздо наряднее!
Загадки Крабовидной туманности
А вот Крабовидную туманность можно рассмотреть только в телескоп. Выглядит она, как застывшая вспышка. По-видимому, это «могила звезды», как писал один эмоциональный астроном. Об этом космическом катаклизме упоминали древнекитайские хроники. Они назвали ее «звездой-гостьей», которая вспыхнула на небе 4 июля 1054 года и сияла так ярко, что на протяжении 23 суток была видна даже днем. Специалисты называют такие зрелищные самоубийства вспышками сверхновых звезд.
В сердце Крабовидной туманности находится один из самых странных объектов в известной части Вселенной - пульсар. Это вращающийся остаток сверхновой звезды, спрессованный до такой степени, что электроны и протоны в атомах «слились» в одно целое и получились нейтроны. За девятьсот лет со дня вспышки термоядерный пыл уже почти угас, но она еще посылает в космос пульсирующие импульсы радиоволн.
Внутри Крабовидной туманности харьковчане обнаружили компактный объект величиной не более угловой секунды, по космическим меркам совсем крошечный, который непрерывно излучает сигнал в декаметровом диапазоне волн. Что это? Возможно, так виден пульсар на этих волнах. А может, это специфические свойства среды. Так или иначе, без харьковских радиоастрономов и этот портрет был бы неполон.
Этот далекий квазар
А есть еще в космосе квазары - наиболее удаленные объекты Вселенной. Некоторые из них излучают в десятки и сотни раз больше энергии, чем самые мощные галактики, причем источник их энергии, как и происхождение, точно не известен.
Поначалу считалось, что квазары состоят из одной или нескольких компактных деталей, поскольку так «видел» их радиотелескоп, работающий в сантиметровом диапазоне волн. Но специалисты института обнаружили, что в декаметровом диапазоне основное излучение идет от обнаруженных ими протяженных крыльев, расположенных по обе стороны от «сантиметровой» сердцевины.
Здесь я должна заметить, что обычно очень сухие в изложении научных фактов специалисты в данном случае поднялись до поэтических метафор. Вот как излагают они это явление: «Из центра в противоположные концы выбрасываются две струйки релятивистских электронов, которые при взаимодействии с межзвездной средой образуют два ярких «пятна». Вокруг «пятен» со временем возникает «кокон», в середине которого находятся релятивистские электроны и вмороженные магнитные поля. Все это имеет неоднородную клочковатую структуру».
Это уже не просто дополнение к изображению квазара, а принципиально другая модель.
А еще харьковчане изучают параметры межзвездной среды, так называемые неотождествленные источники, даже проводят оригинальные исследования, направленные на поиск внеземных цивилизаций…
Так кто же сотворил Вселенную?
Итак, в ХХ веке родилась всеволновая астрономия. Ей принадлежит будущее в познании Вселенной. Однако и это еще далеко не предел возможностей. Специалисты считают, что в XXI веке всеволновую астрономию дополнит нейтринная и гравитационная астрономия.
Может быть, тогда ученые ответят на множество волнующих человечество вопросов. Почему существует именно такая Вселенная? Бесконечна она или нет? Что будет с ней дальше? Есть ли братья по разуму? Найдем ли мы их? Как Вселенная появилась? Или кто ее сотворил?
Эти проблемы как всегда будоражили, так и всегда будут будоражить людей, несмотря на видимое отсутствие от этого практической пользы. Наверное, это у нас просто на уровне инстинкта, такого же сильного, как инстинкт выживания.
* * *
За разработку принципов сверхдальней низкочастотной интерферометрии, создание Украинской сети радиоинтерферометров для космических исследований и наблюдения на ней группе ученых (научный руководитель - член-корреспондент НАН Украины А.Мень, академик НАН Украины С.Брауде, научные сотрудники - С.Рашковский, Н.Шарикин, Г.Инютин, В.Шепелев, В.Кошевой, Ю.Романчев, В.Булацен, А.Браженко) присуждена Государственная премия Украины в области науки и техники за 1997 год.
Работа выполнялась рядом учреждений Национальной академии наук Украины, головной организацией был Радиоастрономический институт (Харьков), а соисполнителями - специалисты Физико-механического института (Львов) и Гравиметрической обсерватории Института геофизики (Полтава).