Рентгенівські телескопи і гамма-телескопи

Польоти космічних апаратів відкрили перед астрономами небачені раніше можливості, якими наземна астрономія ніколи не мала, та й не могла мати у своєму розпорядженні. Для вивчення небесних тіл Сонячної системи, нашої Галактики і численних позагалактичних об’єктів тепер в космос запускаються спеціалізовані астрономічні станції-обсерваторії, оснащені новітніми фізичними приладами. Вони вловлюють невидимі випромінювання, які поглинаються атмосферою і не досягають земної поверхні. В результаті стали доступні для досліджень всі види електромагнітного випромінювання, що приходить з космічних глибин. Образно кажучи, якщо раніше ми спостерігали Всесвіт як би в одному, чорно-білому кольорі, то сьогодні вона представляється нам у всіх “кольорах” електромагнітного спектра. Але щоб приймати невидимі випромінювання, потрібні особливі телескопи. Яким же чином і за допомогою чого можна зловити і досліджувати промені-невидимки?

При слові “телескоп” у кожного виникає уявлення про астрономічну трубі з лінзами або дзеркалами, тобто уявлення про оптику. Адже до недавнього часу небесні об’єкти вивчали виключно за допомогою оптичних інструментів. Але для уловлювання невидимих ​​випромінювань, які сильно відрізняються від видимого оком світла, потрібні особливі приймальні пристрої. І зовсім не обов’язково, щоб своїм зовнішнім виглядом вони нагадували звичний нам телескоп.

Приймачі короткохвильових випромінювань зовсім не схожі на оптичні телескопи. І якщо ми говоримо, наприклад, “рентгенівський телескоп” або “гамма-телескоп”, то під такими назвами слід розуміти: приймач рентгенівського випромінювання або приймач гамма-квантів.

Усі труднощі прийому короткохвильового випромінювання полягає в тому, що для електромагнітного випромінювання з довжиною хвилі, меншою 0,2 мікрона звичайні преломляющие (лінзові) і відбивні (дзеркальні) системи зовсім не придатні.

Так, рентгенівські промені і особливо гамма-кванти настільки енергійні, що вони запросто “пробивають” лінзи, виготовлені з будь-яких матеріалів: початковий напрямок руху цих променів і квантів не змінюється. Іншими словами, їх не можна сфокусувати! Але як тоді їх досліджувати? Як сконструювати для них телескоп?

Мовою фізиків короткохвильове випромінювання – жорстке випромінювання! А це означає, що фотони рентгенівських і гамма-променів за своїми властивостями схожі на високоенергійні частки космічних променів (альфа-частинки, протони), що приходять до Землі з глибин космосу. Але тоді для реєстрації жорстких квантів, можливо, будуть придатні лічильники частинок, якими користуються для вивчення космічних променів? Саме подібні лічильники використовуються в якості приймального пристрою в рентгенівських і гамма-телескопах. Щоб дізнатися, звідки приходить рентгенівське випромінювання, лічильник укладають в масивний металевий тубус. А якщо лічильник покривати ще плівками різного складу, то тоді різні лічильники будуть приймати кванти різної жорсткості. Виходить своєрідний рентгенівський спектрограф, що дозволяє виявити склад рентгенівського випромінювання.

Але такий телескоп ще досить недосконалий. Головний його недолік – занадто мала роздільна здатність. Лічильник зазначає випромінювання, що потрапляє в тубус. А воно надходить з декількох квадратних градусів неба, де в звичайний телескоп видно тисячі зірок. Які з них випромінюють рентгенівські промені? Дізнатися це вдається не завжди. І все ж за допомогою рентгенівських і гамма-телескопів, що працюють на космічних орбітальних станціях, вже сьогодні видобуто багато цікавих відомостей про джерела невидимого короткохвильового випромінювання.

Одним з таких джерел є наше Сонце. Ще в 1948 році за допомогою фотопластинок, піднятих ракетою “Фау-2” на висоту близько 160 км (США, Морська лабораторія), було відкрито рентгенівське випромінювання великого світила. А в 1962 році, замінивши фотопластинку лічильником Гейгера, астрономи виявили другий рентгенівський джерело вже далеко за межами Сонячної системи. Це найяскравіший рентгенівський джерело в сузір’ї Скорпіона, який отримав назву Скорпіон Х-1. Третім об’єктом рентгенівської астрономії в 1963 році стала знаменита Крабоподібна туманність в сузір’ї Тельця – Телець Х-1.

Найбільш важливим етапом у розвитку рентгенівської астрономії були запуски першого в світі американського рентгенівського супутника “Ухуру” в 1970 році і першого рентгенівського телескопа-рефлектора “Ейнштейн” в 1978 році. З їх допомогою були відкриті рентгенівські подвійні зірки, рентгенівські пульсари, активні ядра галактик і інші джерела рентгенівського випромінювання.

До теперішнього моменту на зоряному небі відомі тисячі джерел рентгенівського випромінювання. Взагалі ж рентгенівським телескопам доступно близько мільйона таких джерел, тобто стільки, скільки найкращим радіотелескопів. Як же виглядає рентгенівське небо?

Гамма-астрономія теж народилася разом з ракетною технікою. Як відомо, космічне гамма-випромінювання виникає внаслідок фізичних процесів, в яких беруть участь частинки високих енергій, – процесів, що відбуваються всередині атомних ядер. Однак самим інтенсивним джерелом гамма-квантів є процес анігіляції, тобто взаємодії частинок і античастинок (наприклад, електронів і позитронів), що супроводжується перетворенням матерії (часток) в жорстке випромінювання. Отже, вивчаючи гамма-кванти, астрофізик може стати одного разу свідком взаємодії з тілами нашого звичайного світу тел теоретично можливого антисвіту, що складаються виключно з антиречовини.

 

У нашій Галактиці дифузне (розсіяне) гамма-випромінювання зосереджено головним чином в галактичному диску; воно посилюється в напрямку до центру Галактики. Крім того, виявлені дискретні (точкові) гамма-джерела, такі як Краб (Крабовидная туманність у Тельці), Геркулес Х-1, Гемінга (в сузір’ї Близнюків) і деякі інші. Сотні дискретних джерел позагалактичного гамма-випромінювання розкидані буквально по всьому небу. Вдалося взяти гамма-випромінювання, що виходить з активних областей Сонця під час сонячних спалахів.

На кордоні з видимим спектром, зліва від фіолетових променів, розташовується невидиме ультрафіолетове випромінювання. Починаючи з хвилі 0,29 мікрона земна атмосфера повністю поглинає космічний ультрафіолет, мабуть, “на найцікавішому місці” …

З початком космічних досліджень стали проводитися спостереження також в ультрафіолетовому діапазоні довжин хвиль. 23 березня 1983 року в нашій країні на високоеліптичного навколоземну орбіту (висота в перигеї 2000 км, в апогеї 200 тис. Км) була запущена астрономічна станція “Астрон”. Це була перша вітчизняна станція, забезпечена апаратурою для рентгенівських і ультрафіолетових спостережень.

Тепер прилади, що фіксують ультрафіолетові промені, встановлюють на багатьох космічних апаратах. І якби ми могли подивитися на зоряне небо через “ультрафіолетові окуляри”, то воно стало б для нас абсолютно невпізнанним, як, втім, і в інших невидимих ​​променях спектра. Так, наприклад, для жителів Північної півкулі Землі особливо виділялася б на небі зірка дзета Оріона – саме ліве світило в його “поясі”. Незвично яскравими виглядали б і деякі інші зірки, особливо гарячі.

Дивує те, що на ультрафіолетовому небі багато величезних, яркосветящіхся туманностей. Знаменита туманність Оріона, яку у вигляді крихітного туманного плямочки насилу розрізняє очей, зайняла б все сузір’я “небесного мисливця”. Велетенська ультрафіолетова туманність огортає головну зірку сузір’я Діви – сяючу Спік. Ця туманність дуже яскрава і майже кругла. Її видимий діаметр приблизно в 50 разів більше видимого діаметра повного Місяця. А ось сама Спіка простим оком не видно: її ультрафіолетове випромінювання виявилося дуже слабким.

В діапазоні хвиль довжиною від 22 мікронів до 1 мм (праворуч від червоних променів видимого спектру) земна атмосфера сильно поглинає інфрачервоне (теплове) випромінювання небесних тіл. До того ж повітря сам є джерелом теплових променів, що заважає спостереженням в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль. Обійти ці перешкоди вдалося лише тоді, коли приймачі інфрачервоного випромінювання стали розміщувати за межами атмосфери – на космічних апаратах.

Інфрачервона техніка дозволила отримати найточніші дані про рельєф планет, відкрила перед дослідниками Всесвіту пилову завісу, приховувала від людських поглядів ядро ​​нашої Галактики, допомогла астрофізикам заглянути в зоряні “колиски” – газопилові туманності і “доторкнутися”, до таємниць народження зірок.

Таким чином, винесення астрофізичних приладів в космос відкрив перед астрономією нові горизонти: стала створюватися ультрафіолетова, рентгенівська і інфрачервона астрономія, а в 70-х роках почалися спостереження в гамма-діапазоні. Сьогодні дослідники Всесвіту мають можливість здійснювати огляд неба практично у всьому діапазоні електромагнітного спектра – від надкоротких гамма-променів до наддовгих радіохвиль. Астрономія стала наукою всехвильовий. Зібрана з космічних “полів” багата наукова “жнива” викликала справжній переворот в астрофізиці і переосмислення наших уявлень про Великий Всесвіту.

Посилання на основну публікацію