Страница 27 из 92
В середине 40-х годов идея о существовании космических радиоисточников по-прежнему вызывала сомнения у специалистов, и статья Ребера с первыми радиокартами неба была напечатана в Astrophysical Journal после больших колебаний. Вскоре, однако, положение изменилось. Во время второй мировой войны возник новый вид техники — радиолокаторы. После войны с помощью таких устройств, быстро приспособленных для научных исследований, стали проводить первые наблюдения уже профессиональные астрономы. Одним из пионеров в этой области был англичанин Мартин Райл.
В 1952 г. Райл предложил вместо одной большой антенны использовать несколько малых. Сопоставление сигналов давало возможность синтезировать с помощью компьютера изображение, какое получалось бы при использовании радиотелескопа диаметром, равным расстоянию между антеннами. Этот так называемый метод интерферометрии оказался необычайно плодотворным. Вскоре начали использовать системы антенн, расположенных на большом расстоянии друг от друга — даже на различных континентах.
Так были созданы радиоинтерферометры, которые позволяют определять угловые размеры небесных объектов с точностью, далеко превосходящей возможности оптических телескопов.
Исследования Мартина Райла сыграли важную роль в развитии радиоастрономии. Его большие заслуги получили высокую оценку в 1974 г., когда он был назван одним из двух лауреатов Нобелевской премии по физике. Профессор Райл был избран членом Лондонского королевского общества и ряда иностранных академий, в том числе и Академии наук СССР. Интересно отметить, что после шумного признания его успехов он был назначен королевским астрономом — впервые эта почетная должность, имеющая глубокие традиции, была дана радиоастроному.
Другим лауреатом Нобелевской премии по физике в 1974 г. стал английский радиоастроном Энтони Хьюиш. Под его руководством были открыты пульсары, которые относятся к числу самых интересных объектов во Вселенной.
Хьюиш и возглавляемая им группа проводили исследования мерцаний сигналов радиоисточников с малыми угловыми размерами. Их основным инструментом был довольно грубый, но достаточно хороший радиотелескоп, построенный студентами из Кембриджа под руководством двух радиоинженеров. На его изготовление было затрачено 10 тыс. фунтов стерлингов — такова цена открытия пульсаров.
В июле 1967 г. была начата расширенная программа исследований. Вскоре аспирантка Джоселин Белл обнаружила необычные радиосигналы. В сентябре неизвестный источник был зарегистрирован еще несколько раз, при этом выяснилось, что он излучает импульсы регулярно с интервалом немногим более секунды. Первой мыслью Хьюиша было, что это какая-то помеха, идущая из ближайших окрестностей. Тщательно проверив все результаты, исследователи окончательно пришли к выводу: сигналы действительно идут из космоса. Судя по характеру импульсов, Хьюиш решил, что источник имеет очень малые размеры (приблизительно порядка размера планеты). Возникло подозрение, не являются ли эти строго периодические сигналы посланием какой-то цивилизации — «маленьких зеленых человечков».
На протяжении всего декабря 1967 г. ученые пытались выяснить, не вращается ли этот источник радиоволн вокруг какого-то небесного тела. Ответ был отрицательным. Следовательно, сигналы не были делом рук «зеленых человечков». Тогда Хьюиш него сотрудники углубились в литературу, посвященную эволюции звезд. Они предполагали, что пульсары, как уже были названы эти радиоисточники, — это определенный этап в эволюции звезд. Тем временем к февралю 1968 г., когда Хьюиш подготовил публикацию об открытии, были замечены еще три пульсара.
Хьюиш считал, что пульсары — звезды типа белых карликов. Вскоре, однако, было доказано, что пульсары представляют собой нейтронные звезды. С точки зрения наших обычных, земных представлений, это невероятные объекты. Согласно современным теориям, они возникают в результате взрывов сверхновых звезд. Огромное давление приводит к образованию тела с плотностью атомного ядра, состоящего исключительно из нейтронов. Размеры этого остатка бывшей звезды очень невелики (порядка нескольких десятков километров в диаметре) и ученые в шутку назвали нейтронные звезды «белыми горошинками».
Одним из замечательных достижений радиоастрономии является открытие космического микроволнового фонового излучения — отдаленного эха Большого взрыва, в результате которого, как предполагается современной теорией, возникла Вселенная. Эта теория берет свое начало в 20-х годах и исходит из общих идей о нестационарности Вселенной, которые в свою очередь вытекают из теории относительности Эйнштейна. Сам он, однако, был неудовлетворен такими следствиями своей теории и создал модель стационарной Вселенной, введя в соответствующие уравнения специальные коэффициенты. Но некоторые ученые склонялись к концепции динамичной Вселенной. В 1922 г. молодой советский ученый Александр Александрович Фридман создал математическую модель нестационарной (расширяющейся) Вселенной. К концу 20-х годов Эдвин Хаббл, исследуя далекие космические объекты, обнаружил, что их световое излучение смещено к красному концу спектра. Это наблюдение было объяснено доплеровским эффектом — смещением спектра излучения удаляющегося тела в красную область. Результаты Хаббла явились экспериментальным подтверждением теории Фридмана о расширении Вселенной.
В 40-е годы американский физик-теоретик Г.А. Гамов с сотрудниками предложили модель «горячей Вселенной». Из этой теории вытекало существование реликтового излучения, образовавшегося в момент Большого взрыва. Уменьшаясь с расширением Вселенной эффективная температура этого излучения должна была составлять в современную эпоху лишь несколько градусов выше абсолютного нуля (абсолютный нуль равен —273,16°С).
Этим низким температурам соответствуют фотоны с очень небольшой энергией, которая как раз соответствует радиодиапазону в спектре электромагнитного излучения. Реликтовое радиоизлучение было открыто в 1965. г. двумя молодыми исследователями — Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном из фирмы «Белл телефон лабораторис» в Холмделе (штат Нью-Джерси). Измерения производились с помощью специальной высокочувствительной рупорной антенны, построенной в 1960 г. для связи с ретрансляционным спутником «Эхо». В 1963 г. эта космическая программа была закрыта, и ученые решили использовать антенну для радиоастрономических наблюдений. Прежде чем приступить к работе, они внимательно изучили свойства самой антенны. С этой целью они измеряли фоновое излучение в различных точках небесной сферы. Вскоре Пензиас и Вильсон обнаружили, что во всех направлениях присутствует какой-то радиошум с температурой около трех градусов по абсолютной шкале температур.
В это время в Принстонском университете Роберт Дикке и Джон Пибблс работали над моделью Большого взрыва. В 1965 г., когда Пензиас и Вильсон заканчивали измерения, эти два теоретика огласили свои результаты на научном конгрессе в Нью-Йорке. Ознакомившись с ними, Пензиас и Вильсон сразу поняли, что им не избавиться от радиошума в антенне, ибо это и есть фоновое излучение, заполняющее Вселенную. Они ознакомили Дикке и его сотрудников с собственными данными, результатом чего явились два сообщения в Astrophysical Journal, одно — наблюдателей из Холмдела об открытии фонового излучения, а второе — теоретиков из Принстона, объяснявшее это явление.
Так как Пензиасу и Вильсону удалось опубликовать свои результаты в солидном научном журнале, на них сразу обратили внимание. (Случись им напечататься в каком-нибудь техническом издании, как это было с Янским, их открытие, возможно, долгое время оставалось бы незамеченным.) Когда в 70-х годах Нобелевский комитет по физике принял решение включить в рассмотрение и исследования в области астрофизики, радиоастрономы также получили шанс быть отмеченными. И два их представителя, сумевшие «услышать» далекое эхо Большого взрыва, стали в 1978 г. лауреатами Нобелевской премии. Эту награду Арно Пензиас и Роберт Вильсон разделили с крупным советским ученым Петром Леонидовичем Капицей.