В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся] - Рудольф Сворень

Можно представить себе, какой была бы эта картина в идеальном случае, если бы вся корона представляла собой во всех отношениях однородный излучатель света. И поэтому, изучая реальную фотографию, можно судить о некоторых процессах в том или ином участке короны. Например, об изменении средней скорости молекул, излучающих волну — 5303 Å, которое за счет эффекта Допплера приводит к некоторому изменению самой этой волны. Таким образом, полученная фотография позволяет как бы сканировать корону, судить о физических процессах в отдельных ее точках.

— А все ли ваши наблюдения были удачны?

— Не совсем. Мы, например, не смогли получить качественных снимков хромосферы, сделанных с интерферометром Фабри — Перо. На этих снимках также получились интерференционные полосы. Однако из-за неудачно выбранной экспозиции полосы эти трудноразличимы. Мы успели сделать два снимка — с экспозицией 5 и 15 с. Первый из них оказался полностью, а второй частично недодержанным. Нужно было бы сделать еще один снимок с большей экспозицией, но на него уже не хватило времени.

— Иными словами, время затмения для наблюдателей очень дорого…

— Это поистине бесценное время. Об этом очень хорошо рассказал известный астроном Д. Мензел в своей книге «Наше Солнце». Вот что он пишет: «Подготовка экспедиции занимает месяцы напряженной работы. Чем неприступнее место (создается впечатление, что затмения упорно выбирают пустынные области), тем больше необходимо застраховать себя от всяких возможных случайностей. Конечно, многие ученые желают только увидеть явление и едут с небольшой фотокамерой. Но полностью снаряженная экспедиция должна везти с собой 10–20 т всевозможного оборудования. Напряженность предварительной работы, неизбежные препятствия, тревоги по поводу возможной непогоды усложняют задачу. В момент полной фазы астроном часто настолько занят, что хорошо, если он может урвать какие-нибудь две свободные секунды, чтобы мельком взглянуть на корону. А если погода во время затмения окажется облачной, то месяцы усилий будут просто потеряны». Думаю, что нарисованная картина справедлива для всех экспедиций.

— Насколько результативны усилия наблюдателей? Дают ли наблюдения затмений какие-либо фундаментальные научные результаты?

— Такие результаты получались неоднократно. Так, например, в свое время затмения позволили определить, что наши земные сутки постепенно удлиняются, правда, на ничтожную величину — на тысячную долю секунды в столетие. Во время затмений удалось установить ряд важных зависимостей между процессами на Солнце и состоянием земной ионосферы, которая в сильнейшей степени влияет на распространение радиоволн. Несомненно, и сейчас ценная информация, которую дают солнечные затмения, складываясь по крупицам, готовит фундамент для новых важных открытий, касающихся физики Солнца.

Звезда, дающая нам жизнь, — наше Солнце… Мы уже многое знаем о нем благодаря изобретательности наблюдателей и смелости теоретиков. В то же время многие солнечные механизмы — от второстепенных до принципиальных, определяющих жизнь всей Солнечной системы, — остаются для нас тайной.

Но что такое тайна?

Как хорошо сказал замечательный физик Вильям Крукс, тайна — это всего лишь задача, которую нужно решить.

На старт выходят чемпионы

На Северном Кавказе в специальной астрофизической обсерватории (САО) Академии наук работают уникальные инструменты — самый большой в мире оптический телескоп БТА и гигантский радиотелескоп РАТАН-600.

Неуемная страсть познания записана, наверное, в наших генах, у человеческой пытливости, скорее всего, та же природа, что у голода или жажды, у механизмов сохранения и продления жизни. Бескорыстным «знать, чтобы знать» неслышно движет мудрое «знать, чтобы жить» и щедро платит человечеству за добытые знания.

Сегодня, как никогда, внимание добытчиков знания приковано к гигантской звездной арене, к феерическим спектаклям, которые прокручивает природа, с легкостью двигая целыми мирами. Всматриваясь в звездное небо, астрофизики надеются ответить на вопросы мировоззренческие, проверить свои модели мира. Всматриваясь в звездное небо, астрофизики надеются ответить и на вопросы практические — многие эксперименты с веществом, полями, энергией, которые сами собой идут в космических лабораториях, земным экспериментаторам пока недоступны.

Оправдаются ли надежды? В огромной мере это зависит от инструментов, которыми вооружены наблюдатели, в частности от размера оптических телескопов, от площади их главной линзы (телескоп-рефрактор) или светоприемного зеркала (телескоп-рефлектор). Арифметика здесь простая: чем больше площадь зеркала или линзы, тем больше они собирают световой энергии, создавая изображение звезды (чем больше площадь паруса, тем больше энергии отбирает он у ветра), и, следовательно, тем более слабые световые источники можно увидеть в телескоп. А за этим следует целая цепочка других замечательных «можно». Например, такое: увеличивая размеры зеркала (линзы), можно видеть более далекие объекты, отодвигая тем самым видимую границу Вселенной. Или такое: чем больше света собирает зеркало (линза), тем меньшая экспозиция нужна при фотографировании звезды, тем больше шансов выявить переменность ее свечения, за которой могут стоять чрезвычайно интересные детали, вплоть до планетных систем или «черных дыр».

Стремление астрофизиков иметь большие телескопы ограничивается реальными возможностями телескопостроителей, разумно обоснованному «хотелось бы…» противостоит холодное «сложно… дорого… технически невозможно…». О том, насколько велики трудности на пути создания больших телескопов, говорят, в частности, такие факты: в 1897 г. был построен телескоп-рефрактор с диаметром объектива 102 см, до сих пор он остается чемпионом в своем классе; во всем мире известно лишь около десятка телескопов-рефлекторов с диаметром зеркала более 2,5 м, многие технически развитые страны не перешагнули еще этот рубеж; телескоп-рефлектор Крымской астрофизической обсерватории АН СССР с зеркалом 2,6 м полтора десятилетия оставался крупнейшим в Европе; почти 28 лет держал мировое первенство рефлектор с пятиметровым зеркалом, установленный в обсерватории Маунт Паломар (США), недосягаемый, казалось, шедевр оптической техники.

Но вот несколько лет назад, а точнее, в канун 1976 г. в самые предпраздничные, предновогодние дни, в мировой науке произошло событие чрезвычайной важности — в Специальной астрофизической обсерватории (САО) Академии наук СССР вступил в строй телескоп-рефлектор БТА с диаметром зеркала 6 м. Завершился пятнадцатилетний труд многих научных и производственных коллективов. Государственная комиссия, возглавляемая академиком А. М. Прохоровым, подписала акт о приемке всего комплекса БТА с оценкой «отлично». Новый мировой чемпион вышел на старт исследования Вселенной. О некоторых возможностях этого уникального инструмента рассказывает директор Специальной астрофизической обсерватории АН СССР доктор физико-математических наук Иван Михеевич Копылов:

— Поразительные успехи космической техники последних лет сделали реальностью внеатмосферную астрономию, т. е. изучение звездного неба инструментами, вынесенными за пределы земной атмосферы. Для ряда участков спектра внеатмосферные наблюдения навсегда сохранят свою монополию. Так, например, рентгеновские и гамма-лучи, которые приходят от некоторых объектов, вообще не пробивают атмосферу, регистрировать эти излучения могут лишь приборы, поднятые на десятки километров над Землей. Немало достоинств имеют внеатмосферные наблюдения в оптическом диапазоне, т. е. наблюдения с помощью телескопов, установленных на космических кораблях или на Луне, — даже небольшой телескоп, если ему не мешает земная атмосфера, может увидеть больше, чем гигант, установленный на Земле. И какое-то время даже бытовало мнение, что поэтому нет смысла вкладывать средства в сложные и большие наземные телескопы. К счастью, мнение это продержалось недолго и не успело причинить заметного вреда. Сейчас же всем ясно, что оба направления — внеатмосферная астрономия и наземная — должны развиваться параллельно, взаимно дополняя друг друга. При этом решающими остаются традиционные достоинства наземного телескопа — его можно оснастить разнообразной исследовательской аппаратурой, оперативно менять программы наблюдений, предоставлять возможность работать на телескопе различным коллективам исследователей, изучающим самые разные астрофизические проблемы. На БТА сделано многое, чтобы реализовать эти достоинства в полной мере.

Оптическая схема БТА позволяет использовать инструмент в нескольких режимах, в частности иметь пять «ступенек» фокусного расстояния — от 24 м до примерно 350 м; поле зрения при этом меняется от 1 до 10 угловых минут, а относительное отверстие — от 1:4 до 1:58 Телескоп оснащен целой гаммой спектрографов, каждый из которых сам по себе представляет сложный исследовательский прибор с совершенной оптикой и электроникой. Для иллюстрации отмечу, что одно из зеркал основного звездного спектрографа ОЗСП имеет диаметр 2,05 м; подобное зеркало само могло бы послужить основой большого телескопа.