Астрономы наблюдают
Шрифт:
Идея смелая, но практически ее осуществить очень трудно. Мешает неуловимость нейтрино: оно никак не реагирует на магнитные или электрические поля. А очень малая масса помогает нейтрино беспрепятственно пробиваться сквозь вещество.
Нельзя, правда, сказать, что нейтрино никогда и ни при каких обстоятельствах не взаимодействует с веществом. Если бы дело обстояло так, то нейтрино мы бы просто никогда не обнаружили. На самом деле возможны процессы, при которых (по крайней мере в принципе) нейтрино даст знать о себе. Таков, например, процесс, обратный бета-распаду. В этом случае протон должен превратиться в нейтрон и позитрон, причем неизбежно возникает вспышка света, которую можно обнаружить чувствительными фотоэлементами. Правда, вероятность такого процесса очень мала, но все же не равна нулю. Если вещество содержит водород (а
Мыслимы две возможности: или пропустить одно нейтрино через астрономическую толщу вещества, или, наоборот, использовать поток с астрономическим числом нейтрино для облучения приемлемой на практике толщи вещества. Первый вариант практически нереален. Во втором случае при достаточно мощном потоке нейтрино есть шансы на успех — именно так и сделали физики, когда в 1957 году им удалось впервые убедиться в существовании нейтрино.
10 % энергии видимого излучения Солнца — величина немалая. Это значит, что ежесекундно через квадратный сантиметр земной поверхности проходит 100 миллиардов нейтрино. Это значит, кстати, что в течение жизни человека через его тело пройдет число нейтрино, еще в биллион раз большее. И, вероятно, только один раз одно какое-то нейтрино поглотится в человеческом теле. Заметим, что в полночь мы облучаемся потоком нейтрино никак не меньшим, чем в полдень, — ведь нейтрино запросто проходит через всю толщу земного шара! Любопытно все-таки, что нейтринное Солнце «освещает» нас круглосуточно. Но как поймать это излучение?
Среди высказанных предложений есть одно, пожалуй, наиболее практичное. Нейтрино реагирует с ядром хлора. В итоге этой реакции образуется ядро радиоактивного изотопа аргона, которое испускает электрон. Среди дешевых и широко распространенных веществ есть четыреххлористый углерод или перхлор-этилен (C2Cl4) — вполне подходящая мишень для нейтрино. Заготовить его предварительно можно хоть тоннами. А потом посмотреть, как повлияют на него солнечные нейтрино — в нем должен образоваться аргон, который затем следует испытать на радиоактивность.
Еще одна примечательная деталь. Обсерваторию для приема солнечных нейтрино лучше всего поместить под землей, на глубине нескольких — километров, где не будет сказываться нежелательное вмешательство других частиц. В 1955 г. американский исследователь Р. Девис в Южной Дакоте (США) на глубине 1490 м смонтировал первый нейтринный «телескоп». Приемником нейтринного излучения служил горизонтальный цилиндрический бак длиной около 14 м, содержащий примерно 400 000 литров перхлорэтилена. Позже нейтринные телескопы были созданы в других районах США, а также в Индии и ЮАР (в последнем случае на трехкилометровой глубине!) Предполагается построить крупный нейтринный телескоп и в Советском Союзе.
К сожалению, результаты работ этих «телескопов» пока не удалось согласовать с теорией. Чем это вызвано, еще неясно. Может быть, Солнце в центре холоднее, чем мы думаем, а может быть источником его энергии служат такие неизвестные нам пока процессы, при которых нейтрино вовсе не возникает, или образуется в неощутимо малых количествах. Будущее покажет, в чем причина теперешних неудачных поисков. И все-таки эти первые шаги в создании нейтринной астрофизики обнадеживают.
Очень трудно построить хороший нейтринный телескоп. И не потому лишь, что не видно, из чего сделать нейтринные линзы и как уменьшить их до практически реальных размеров. Нейтринные пучки только при очень больших энергиях, так сказать, чувствительны к направлению, только в этом случае «выбитые» нейтрино частицы вещества сохраняют первоначальное направление полета, а значит, можно узнать, откуда прилетело нейтрино. Есть, конечно, и другие трудности, заставляющие некоторых ученых сегодня скептически относиться к нейтринным телескопам. Но будущее может таить в себе такие возможности, о которых мы сегодня и не подозреваем.
И если когда-нибудь все-таки будут построены сверхчувствительные нейтринные телескопы, с их помощью в звездном мире откроют много необычного. Среди прочего станет возможным прогноз вспышек сверхновых звезд.
Оказывается, задолго до того как вспыхнуть в видимом свете, кандидаты в сверхновые звезды начинают интенсивно излучать все более и более мощные потоки нейтрино. А разве не будоражит нашу фантазию такая возможность, как познание антимиров из антивещества, что с помощью нейтрино могло бы быть сильно облегчено? Право же, обидно сознавать, что вокруг нас (и даже в нас самих!) движутся мириады частиц, в которых заложена ценнейшая информация о космосе, а мы эту информацию пока не умеем извлекать и использовать!Веками астрономы стремились подняться над Землей, в верхние, прозрачные и спокойные слои атмосферы. Они строили обсерватории на высоких плоскогорьях, поднимались на вершины гор, а в последние годы им удалось даже вывести обсерватории на космические орбиты. И теперь, когда, казалось, цель достигнута, астрономы подумывают о том, чтобы зарыться поглубже в Землю и оттуда, сквозь всю толщу земного шара, изучать космос!
Парадоксально? Конечно. Но в этой внешней противоречивости действий отражается внутренняя противоречивость науки, в конечном счете и обеспечивающая ее прогресс. А средства изучения космоса и должны быть многообразны, как многообразна сама Вселенная — видимая и невидимая.
ЗААТМОСФЕРНЫЕ ОБСЕРВАТОРИИ
«Только с момента применения реактивных
приборов начнется новая великая эра в астрономии:
эра пристального изучения неба».
Все выше и выше!
Еще в прошлом веке астрономы старались забраться как можно выше, чтобы уменьшить до минимума вредное влияние атмосферы. Напомним, что воздушная оболочка нашей планеты создает существенные помехи при астрономических наблюдениях. Постоянное движение воздушных масс размывает, портит изображения небесных тел и даже в самые небольшие телескопы хорошо видно струйчатое течение воздуха. Из-за этого в наземных условиях приходится применять ограниченные увеличения (как правило, не более чем в несколько сотен раз).
Не в полную силу работают телескопы и по другой причине. Из-за непрозрачности атмосферы почти ко всем электромагнитным излучениям с наземных обсерваторий мы исследуем Вселенную сквозь две узкие «щели» — видимого, света и «радиоокно».
На вершинах гор воздух чище, спокойнее и если к тому же для горной обсерватории выбрано место с хорошим астроклиматом (в частности, с большим количеством ясных дней в году), условия для изучения Вселенной становятся вполне благоприятными. По этой причине еще с конца прошлого века все крупные астрономические обсерватории сооружаются на вершинах гор или на высоких плоскогорьях.
Но так уж устроен человек, что он не способен навсегда удовлетвориться достигнутым. Еще более века назад, в 1870 году французский исследователь Солнца Ж. Жансен, основавший обсерваторию на вершине Монблана, продолжил исследования дневного светила с воздушного шара. Так впервые астрономы оторвались от поверхности Земли и двинулись навстречу звездам.
Примеру Жансена последовали и другие ученые, в частности, Д. И. Менделеев, наблюдавший солнечное затмение с воздушного шара. Астрономы, поднявшись над облаками, фотографировали поверхность Солнца, его спектр. Позже с воздушных шаров наблюдали кометы и метеоры.
Когда в обиход прочно вошли самолеты, их также стали использовать для астрономических целей. Особенно распространенными стали полеты по ходу лунной тени во время полных солнечных затмений. Спешащий за тенью самолет продлевал для наблюдателей на его борту полную фазу затмения, в обычных условиях не превышающую семи минут.
После второй мировой войны «баллонная астрономия» (стал употребляться и такой термин) превратилась в одно из перспективных средств изучения Вселенной. Начиная с 1951 года известный французский астроном О. Дольфус совершил ряд высотных полетов на воздушных шарах, сначала в открытой корзине, а затем в герметической гондоле. Его стратостат, на котором в 1969 году Дольфус достиг высоты 13 км, состоял из 105 метеорологических шаров, каждый из которых имел диаметр 183 см. Дольфусу удалось сфотографировать спектр Венеры и найти в составе ее атмосферы водяные пары.