Книга Виталий Гинзбург, Игорь Тамм - Владимир Губарев

В этом интервью ученый рассказывал о своих работах по космическим лучам – одной из областей астрофизики, где он является бесспорным лидером. Казалось бы, с Виталием Лазаревичем можно говорить о многих проблемах физики во Вселенной, но я специально сузил тематику нашего разговора, так как в этой области прорыв в космос сделал внеземную физику более понятной и доступной.

– Разве не так? – поинтересовался я у собеседника.

– Миф о том, что межпланетное пространство – пустота, развеян давно. Теперь уже ни у кого не вызывает сомнения, что все космические тела движутся в межпланетной или межзвездной плазме, свойства которой и пытаются установить сегодня ученые. Задача ответственная и трудная, но она актуальная, так как человек разорвал оковы земного тяготения.

– К сожалению, новые данные разочаровывают. Или я ошибаюсь?

– У знания нет значков «минус» или «плюс». Оно есть или его нет. Лучше, если оно есть. Как известно, наша Земля защищена мощной броней магнитных полей, которая отбрасывает поток космических лучей в сторону от Земли, а прорвавшиеся сквозь магнитные поля частицы сталкиваются с молекулами воздуха и погибают на большой высоте. Однако и на поверхности Земли мы все же ощущаем «дыхание» посланцев иных миров. Это потоки так называемых вторичных частиц, которые образуются при столкновении космических лучей с ядрами атомов атмосферных газов. Но ученых интересуют первичные частицы, и поэтому в небо поднимаются шары-зонды, отправляются в горы экспедиции физиков, стартуют геофизические ракеты. С полетом искусственных спутников возможности детального изучения космических лучей безгранично расширяются. Появилась возможность исследовать «чистые» космические лучи.

– Это важно для понимания мира, в котором живет Земля?

– Основные исследования космических лучей связаны с элементарными частицами и их взаимодействием при высоких энергиях. Природа услужливо предоставила в наше распоряжение совершенную лабораторию, создание которой в земных условиях немыслимо. Да, у нас есть и строятся мощные ускорители. Требуются огромные материальные затраты для их сооружения, много инженерной выдумки, большие затраты труда тысяч людей, но тем не менее воссоздать те «ускорители», которыми располагает природа, просто невозможно! Иное дело – как войти в эту природную лабораторию и эффективно вести в ней исследования… Но это задача уже ближайшего будущего, и она вполне решаема.

– А почему именно космические лучи?

– В их состав входят почти все химические элементы, атомный вес которых меньше железа. Относительное количество элементов в космических лучах очень резко отличается от распространенности их во Вселенной. Как известно, наибольшее распространение имеет водород. Его около 90 процентов. На втором месте гелий – 9 процентов. Все остальные элементы составляют всего лишь около одного процента вещества. Но космические лучи содержат ядер тяжелых элементов во много раз больше, чем их должно быть, если исходить из распространения этих веществ во Вселенной. Следовательно, можно сделать вывод, что в источниках космических лучей в основном ускоряются и генерируются тяжелые ядра группы железа и хрома… Какое направление движения предпочитают космические лучи при своих странствиях по просторам Галактики? Оказывается, наша планета атакуется космическими лучами равномерно, то есть поток излучения в разных направлениях одинаковый. Значит, космическое излучение в Галактике изотропно. Из этого можно сделать вывод, что в нашей Галактике существует множество источников космических лучей. Кроме того, большинство исследователей считает, что космические лучи образуются в основном в пределах нашей Галактики, а не приходят в нее извне.

– И что из этого следует?

– Для того чтобы поддерживать постоянный уровень космического излучения в Галактике, космические лучи, полная энергия которых огромна, должны непрерывно генерироваться. Их энергия так велика, что очень трудно связать их образование с рождением в звездах. Так, например, если бы все двести миллиардов звезд нашей Галактики излучали космические лучи так же, как их генерирует наше Солнце, то суммарная мощность такого «генератора» была бы в десять миллионов раз меньше, чем необходимо. Правда, в Галактике есть еще магнитные звезды, которые могут «работать по производству» космических лучей в миллионы раз лучше, чем Солнце, но и в этом случае общая мощность будет составлять лишь один процент необходимой.

– Именно этот парадокс вас заинтересовал?

– И. С. Шкловский, я и ряд других астрономов и физиков придерживаются мнения, что источник космических лучей – сверхновые и, вероятно, новые звезды. Их появление наблюдали китайские, японские, византийские и другие астрономы в древности. Сейчас уже твердо установлено, что примерно раз в 50–100 лет вспыхивает сверхновая звезда – звезда особенно большой яркости. К сожалению, мы можем наблюдать не все вспышки, происходящие в нашей Галактике, так как большая их часть заслонена от нас непрозрачным межзвездным веществом диска Галактики… Итак, вспыхнула сверхновая звезда. Однако она недолго радует астрономов – ее «оптическая жизнь» коротка. Свет постепенно слабеет, и уже через несколько месяцев она ничем не выделяется на звездном небе. Астрономы могут наблюдать только огромные массы газа, которые разлетаются от места взрыва в разные стороны. Образовавшийся газ можно «рассматривать» в оптические приборы и особенно в радиотелескопы.

– Почему же сверхновые взрываются?

– Ответа пока нет. Причины и механизмы образования сверхновых пока загадка для ученых. Мы можем только предполагать, что происходит в глубинах Галактики. Ясно, что звезда очень быстро уменьшается в размерах. Происходит взрыв, и вещество наружных оболочек разбрасывается в пространстве. Радиоастрономические наблюдения дают прямое указание на существование огромного количества космических лучей в газовых оболочках, образовавшихся в результате взрыва сверхновых звезд. Было высказано предположение, что ускорение частиц происходит непосредственно в самой газовой оболочке звезды под действием ударных волн. Однако с такой гипотезой трудно согласиться, так как, вероятно, в этом процессе частицы не могут приобрести ту энергию, которая сообщается космическим лучам. Она будет в десятки и даже сотни раз меньше. Очевидно, ударные волны только выбрасывают в пространство из недр звезды огромные массы частиц и придают им некоторые начальные скорости. Далее частицы разгоняются уже под действием переменных магнитных полей, то есть этот процесс в известном отношении похож на ускорение частиц в обычных земных атомных машинах. Говоря иными словами, наша Галактика – это гигантский естественный ускоритель, мощность которого настолько велика, что нам ее трудно даже представить.

– Захватывающее зрелище, не так ли?! Однако увидеть его невозможно, только воображение физика на такое способно?

– Конечно. Во все стороны бороздят просторы Галактики космические лучи. Они живут сотни миллионов и миллиарды лет и за это время покрывают огромные расстояния. Космические лучи из-за магнитных полей не покидают нашу Галактику. Если фотоны или нейтроны лишь пронизывают ее и теряются где-то во Вселенной, то космические лучи верны нашему звездному миру, и за свою долгую жизнь они успевают побывать во многих уголках Галактики. Изучать их – это значит постоянно следить за пульсом нашей звездной системы…