Астрономы наблюдают

Конечно, такой рентгеновский телескоп очень несовершенен. Один из его главных недостатков — слишком малая разрешающая способность, своеобразная близорукость. Счетчик фиксирует только то излучение, которое пропускает тубус. На практике оказывается, что при этом сразу охватывается обзором участок неба поперечником в несколько градусов. А ведь на такой площади даже в средний обычный телескоп видны тысячи звезд и других объектов. Какой из них посылает рентгеновы лучи, неясно.

В некоторых случаях (при наблюдениях Солнца) придумали приемное устройство, гораздо более зоркое, чем рентгеновский телескоп. В сущности, это не какой-то новый, сложный современный инструмент, а давно известная камера-обскура. В простейшем варианте — это обыкновенная картонная коробка с маленьким отверстием в дне, которое можно проткнуть иглой. Если на место крышки наклеить тонкую папиросную бумагу, камера-обскура готова.

Направьте ее из глубины комнаты на яркое освещенное окно — на папиросной бумаге тотчас появится перевернутое изображение окна.

В современной рентгеновской астрономии при изучении Солнца камера-обскура играет заметную роль. Устройство современных астрономических камер-обскур принципиально совершенно такое же, как и у детской самоделки. Но только на место прозрачной бумаги помещают фотопластинку, а крошечное отверстие камеры закрывают фольгой из бериллия, алюминия или органической пленки. Не будь ее, камера-обскура дала бы видимое глазом изображение Солнца. Непрозрачная заслонка выполняет роль фильтра — она пропускает только рентгеновские лучи.

Камера-обскура создает изображение Солнца с большими подробностями — на снимке можно различить детали, угловые размеры которых близки к минуте дуги. А это уже такая же зоркость, как и у человеческого глаза — для начала совсем неплохо.

Теперь посмотрите, как выглядит гамма-телескоп (рис. 43). Пришедшие из космоса жесткие гамма-кванты поступают сначала в особый радиатор А, внешне несколько напоминающий слоеный пирог (кстати, его называют иногда кристаллом-сандвичем).

Рис. 43. Схема гамма-телескопа.

Взаимодействуя с веществом этого «сандвича», гамма-кванты порождают электроны и позитроны. Эти частицы поступают в свою очередь в особый, так называемый черепковский счетчик.

В отличие от гейгеровского счетчика, где появление частицы или жесткого кванта вызывает электрический разряд, в черенковском счетчике быстро движущиеся частицы порождают особое свечение вещества. Явление это впервые было открыто советским физиком П. А. Черенковым — отсюда и наименование счетчика.

Конечно, свечение это очень слабое, и его приходится усиливать с помощью так называемых фотоумножителей. Но так или иначе, гамма-телескоп регистрирует приходящие гамма-кванты, и можно даже с помощью дополнительных устройств рассортировать их на более жесткие и менее жесткие.

«Близорукость» гамма-телескопа очень велика.

Угол зрения, или конус видимости, определяется, очевидно, размерами радиатора и счетчика. В современных гамма-телескопах регистрируется поступление гамма-квантов с участка неба поперечником 30–35°. Из всех существующих телескопов гамма-телескопы в этом отношении самые несовершенные, самые «близорукие».

И все-таки, как и рентгеновские телескопы, их выносят на границу атмосферы и за ее пределы. И они уже сегодня доставили нам множество интереснейших сведений о невидимом коротковолновом излучении небесных тел. Не исключено, что некоторые волнующие нас загадки (скажем, природа сверхплотных и очень маленьких по размеру нейтронных звезд) будут решены именно этими средствами.

Что касается приемников ультрафиолетового излучения, близкого к видимой части спектра, то ими могут быть, например, фотопластинки, эмульсия которых чувствительна к ультрафиолетовым лучам. Приведем теперь несколько примеров из области «астрономии высоких энергий».

Когда в рентгеновском кабинете нас подвергают просвечиванию, источник рентгеновских лучей находится, естественно, вне нашего тела. Создаваемый им поток жесткого коротковолнового излучения пронизывает нас, а затем попадает на особый люминесцирующий экран, и получается видимое глазом изображение. Если экран заменить фотопленкой, получится рентгенограмма, в сущности, демонстрирующая нашу прозрачность в рентгеновских лучах. Ткани лучше пропускают рентгеновские лучи, чем кости. Поэтому на медицинских рентгенограммах легко различимы детали скелета.

При получении рентгенограммы Солнца ни о каком «просвечивании» не может быть и речи. Само Солнце, в отличие от человеческого тела, служит источником рентгеновских лучей. Типичная рентгенограмма Солнца сильно отличается от снимков Солнца в видимых лучах спектра.

Во время полных солнечных затмений удалось выяснить, какие части Солнца преимущественно испускают рентгеновские лучи. Помогла Луна, которая, как исполинская заслонка, загораживала разные части солнечного диска, а в момент полной фазы оставила незакрытой лишь солнечную атмосферу (точнее, хромосферу) и корону. Если бы в этот момент рентгеновское излучение Солнца упало до нуля, это значило бы, что рентгеновские лучи зарождаются на солнечной поверхности — ведь огромный лунный шар для них непрозрачен. Наоборот, если бы в момент полной фазы рентгеновское излучение не исчезало совсем, а только слабело, то отсюда следовало бы, что источники этих лучей находятся над солнечной поверхностью.

Как раз этот случай и наблюдается в действительности. Тем самым было доказано, что рентгеновское излучение возникает в солнечной атмосфере и короне.

В отличие от солнечной поверхности, солнечная корона имеет температуру миллион градусов! Заметим, что эта величина характеризует очень высокую подвижность частиц, слагающих корону, — протонов, альфа-частиц, электронов. Расчеты показывают, что солнечная корона за счет очень высокой температуры порождает рентгеновское излучение и излучение это достаточно велико.

Когда на Солнце возникает хромосферная (или солнечная, как ее иначе называют) вспышка, рентгеновское излучение Солнца увеличивается иногда в сотни раз. Еще бы, ведь температура вспышек достигает сотен миллионов градусов! Предстоит выяснить закономерности в образовании этих взрывов на Солнце.

Еще в 1963 году приборы американской ракеты «Аэроби» зафиксировали на звездном небе два мощных источника рентгеновского излучения. Один из них находился в созвездии Тельца и, по-видимому, связан со знаменитой Крабовидной туманностью (рис. 44), другой — в созвездии Скорпиона. Выходит, что на небе, если бы наши глаза воспринимали рентгеновские лучи, мы увидели бы три Солнца — одно «настоящее», обычное, и два других, менее ярких, в созвездиях Тельца и Скорпиона.

И в том, и в другом созвездии в прошлом отмечены вспышки ярких новых (а скорее, даже сверхновых) звезд. Новыми астрономы называют звезды, которые в процессе своего развития иногда вспыхивают, как бы взрываясь, и при этом выделяют в мировое пространство огромные запасы своей внутренней энергии. Некоторые из звезд при взрыве выделяют энергию до 10⁵⁰ эрг. Сбросив с себя внешние газовые оболочки, такие звезды резко сжимаются и превращаются в сверхплотные, нейтронные звезды с диаметром порядка 10 км и средней плотностью, близкой к плотности нейтронов. Такие звезды астрономы называют сверхновыми. В созвездии Тельца вспышка сверхновой звезды произошла в 1054 году, что было отмечено китайскими и японскими летописцами. В созвездии Скорпиона сверхновая звезда вспыхнула несколько раньше — в 827 году. И это событие было зафиксировано в арабских летописях. Казалось, все говорит в пользу того, что источниками мощного рентгеновского излучения служат нейтронные звезды — «остатки» сверхновых звезд. Но как это можно было бы проверить?