Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда

Для исследования микроволнового излучения, сравнительно новой для интерферометров задачи, у нас есть «Атакамская большая антенная решетка миллиметрового диапазона» (Atacama Large Millimeter Array, ALMA), расположенная в далеких Андах на севере Чили. ALMA настроена на длины волн от долей миллиметра до нескольких сантиметров и дает астрофизикам возможность наблюдать с высоким разрешением космические явления, которые не видно в других диапазонах: например, позволяет изучать структуру схлопывающихся газовых облаков, когда они превращаются в инкубаторы для звезд. ALMA неспроста расположена в одном из самых засушливых регионов Земли – на четырех с половиной километрах выше уровня моря, гораздо выше влажных облаков. Вода хороша, когда готовишь еду в микроволновке, но для астрофизиков она враг, поскольку водяной пар в атмосфере Земли гасит чистые микроволновые сигналы со всей Галактики и из-за ее пределов. Эти два феномена, несомненно, связаны: вода – самая распространенная молекула в нашей пище, и микроволновые печки разогревают именно ее. Сложите два и два, и вы поймете, что вода поглощает микроволновые частоты. Поэтому, если нужно получить чистые наблюдения космических объектов, нужно минимизировать количество водяного пара между телескопом и Вселенной – и этого и добились создатели Атакамской решетки.

* * *

На ультра-коротковолновом конце электромагнитного спектра находятся высокочастотные и высокоэнергичные гамма-лучи с длинами волн, измеряемыми в пикометрах (приставка «пико-» означает одну триллионную часть). Они были открыты в 1900 году, но из космоса их удалось уловить лишь в 1961 году при помощи телескопа новой конструкции, установленного на борту спутника НАСА «Эксплорер-XI». Все, кто пересмотрел научно-фантастического кино, знают, что гамма-лучи вредны для здоровья. От них, чего доброго, станешь зеленым и мускулистым или паутина поползет от запястий, да мало ли. Но еще их очень трудно поймать. Сквозь обычные линзы и зеркала они проходят, не задерживаясь. Тогда как же их наблюдать? В начинку телескопа на «Эксплорере-XI» входил так называемый сцинтиллятор, который в ответ на попадающие в него гамма-лучи испускает электрически заряженные частицы. Если измерить энергию частиц, можно сказать, какого рода высокоэнергичный свет их создал.

Эксплорер-XI

Через два года СССР, Великобритания и США подписали Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой, поскольку именно в этих средах ядерные отходы легко распространяются и загрязняют территорию за пределами государства, которое провело испытания. Но в то время шла холодная война, и никто никому не доверял. США поступили согласно принципу «доверяй, но проверяй», особенно актуальному в военное время, и запустили новую серию спутников – «Вела» – задачей которых было улавливать вспышки гамма-лучей, которые возникли бы, если бы СССР тайно проводили ядерные испытания. Спутники и правда регистрировали вспышки гамма-лучей – практически ежедневно. Однако русские были ни при чем. Гамма-лучи приходили из глубокого космоса – и, как потом установили ученые, это были визитные карточки коротких, но мощных взрывов далеких звезд, то и дело происходящих во Вселенной: так родилось новое направление в моей научной дисциплине – гамма-астрономия.

В 1994 году гамма-обсерватория имени Комптона сделала открытие, столь же неожиданное, что и открытия спутников «Вела»: частые вспышки гамма-лучей у самой поверхности Земли. Эти вспышки получили логичное название «атмосферные гамма-вспышки». Что это – ядерная катастрофа? Очевидно, нет, раз вы сейчас читаете эти строки. Не все природные гамма-вспышки одинаково смертоносны, более того, не все они имеют космическое происхождение. В данном случае не менее пятидесяти подобных вспышек ежедневно происходят в атмосфере Земли над грозовыми облаками за долю секунды до обычной молнии. Откуда они берутся, пока загадка, но самые правдоподобные гипотезы гласят, что во время электрической бури свободные электроны разгоняются до околосветовых скоростей, а потом тормозятся около ядер атомов атмосферы и рождают гамма-лучи.

* * *