SETI: Поиск Внеземного Разума

Как работает мазер? Рассмотрим два соседних энергетических уровня молекулы E₁ и E₂. При поглощении кванта электромагнитного излучения определенной частоты (hν = E₂ — E₁) молекула переходит из нижнего состояния E₁ в верхнее состояние E₂ .Через некоторое время она вновь возвращается в нижнее состояние и при этом излучает квант той же частоты ν. Переход с верхнего энергетического уровня на нижний может происходить спонтанно (самопроизвольно) или под действием кванта, с частотой, соответствующей данному переходу E₂— E₁. Последний процесс называется вынужденным или индуцированным излучением. Важной особенностью индуцированного излучения является то, что «индуцированный» квант имеет точно такую же частоту и фазу, как и «индуцирующий», и летит в том же направлении.

В обычных условиях, близких к термодинамическому равновесию, число молекул в нижнем состоянии гораздо больше, чем в верхнем. Поэтому квант, влетевший в облако газа, имеет гораздо больше шансов поглотиться, чем вызвать вынужденный переход с верхнего энергетического уровня на нижний. В результате излучение на частоте молекулярного перехода поглощается в облаке газа, а роль вынужденного излучения сводится к тому, что оно несколько ослабляет величину полного поглощения. Так происходит в обычных условиях. Иное дело, когда число молекул на верхнем энергетическом уровне много больше, чем на нижнем. Тогда любой квант, влетевший в облако газа (или излученный при спонтанном переходе молекулой самого этого облака), вместо того, чтобы поглотиться при переходе с нижнего состояния в верхнее, вызывает вынужденный переход одной из молекул в нижнее энергетическое состояние. При этом излучается квант той же частоты, летящий в том же направлении. Он, в свою очередь, с преобладающей вероятностью, вызывает вынужденное излучение другой молекулы и т. д. Возникает нарастающий лавинообразный процесс. Причем все кванты имеют строго определенную частоту и летят в одном направлении — направлении первого «индуцирующего» кванта. Это и есть мазерный эффект. Необходимым условием его осуществления является инверсная населенность уровней, т. е. преобладание числа молекул на верхнем энергетическом уровне по сравнению с нижним. Механизм, с помощью которого постоянно поддерживается инверсная заселенность, называется накачкой мазера. Схема накачки для космического мазера приведена на рис. 1.8.2.