Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

Возможно, одно из самых интересных противоречий астрономических умозаключений и наблюдений с помощью космических аппаратов связано с магнитосферой Юпитера. В 1955 г. Кеннет Франклин и Бернард Берк тестировали радиотелескоп рядом с Вашингтоном, округ Колумбия, предназначенный для обнаружения галактического радиоизлучения на частоте 22 МГц. Они заметили регулярно повторяющиеся помехи в своих записях, которые, как они поначалу подумали, были вызваны каким-то обычным источником радиошума, таким как неисправная система зажигания на каком-нибудь ближайшем тракторе. Но вскоре они обнаружили, что по времени эти помехи совпадали с прохождением планеты Юпитер через меридиан у них над головой. Они обнаружили, что Юпитер является мощным источником радиоволн декаметрового диапазона.

Впоследствии было обнаружено, что Юпитер также является ярким источником дециметровых волн. Но спектр был очень специфическим. На длинах волн порядка нескольких сантиметров было обнаружено излучение вещества с очень низкими температурами – около 140 K, что сравнимо с оценкой температуры, полученной для Юпитера в инфракрасных лучах. Но на дециметровых волнах – длиной до одного метра – яркостная температура очень быстро поднималось с увеличением длины волны, приближаясь к 100 000 K. Это была слишком высокая температура для теплового излучения – радиоизлучения, которое испускают все объекты, просто потому, что их температура выше абсолютного нуля.

Фрэнк Дрейк, тогда работавший в Национальной радиоастрономической обсерватории, в 1959 г. предположил, что этот спектр указывает на то, что Юпитер является источником синхротронного излучения – излучения, которое заряженные частицы испускают по направлению движения, когда летят со скоростями, близкими к скорости света. На Земле есть синхротроны – это удобные устройства, используемые в ядерной физике для ускорения электронов и протонов до таких высоких скоростей, и именно в синхротронах было впервые в общих чертах изучено такое излучение. Синхротронное излучение поляризованное, и то, что дециметровое излучение Юпитера также поляризовано, послужило дополнительным подтверждением гипотезы Дрейка. Дрейк предположил, что Юпитер окружен широким поясом релятивистских заряженных частиц[160], похожим на радиационный пояс Ван Аллена вокруг Земли, который был тогда только обнаружен. Если это так, область дециметрового излучения должна быть гораздо больше оптического размера Юпитера. Но у обычных радиотелескопов недостаточное угловое разрешение, чтобы различить какую-либо пространственную деталь в той области, где находится Юпитер. Однако радиоинтерферометр может достичь такого разрешения. Весной 1960 г., вскоре после того, как было выдвинуто это предложение, В. Радхакришнан с коллегами в Калифорнийском технологическом институте использовали интерферометр, состоящий из двух антенн диаметром 27,4 м, поставленных на рельсы на расстоянии почти полкилометра друг от друга. Они обнаружили, что область дециметрового излучения вокруг Юпитера была значительно больше, чем оптические размеры Юпитера, подтвердив предположение Дрейка.

Используемый позже радиоинтерферометр с более высоким разрешением показал, что у Юпитера по бокам расположено два симметричных «уха» радиоизлучения с той же общей конфигурацией, как и у радиационных поясов Ван Аллена вокруг Земли. Выстроилась общая картина: на обеих планетах электроны и протоны из солнечного ветра захватываются и ускоряются дипольным магнитным полем планеты и движутся по спиральной траектории вдоль силовой линии магнитного поля планеты, колеблясь между двумя магнитными полюсами. Область радиоизлучения вокруг Юпитера является его магнитосферой. Чем сильнее магнитное поле, тем дальше от планеты будет находиться граница магнитного поля. Вдобавок, если принять во внимание, что наблюдаемый спектр в радиодиапазоне формируется синхротронным излучением, можно определить силу магнитного поля. Ее нельзя определить с высокой точностью, но большинство оценок, сделанных с помощью радиоастрономических методов в конце 1960-х гг. и начале 1970-х гг., лежат в диапазоне от 5 до 30 Гс, что приблизительно в 10–60 раз больше магнитного поля у поверхности Земли на экваторе.