Книга Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы - Хайно Фальке

как теория Большого взрыва стала общепринятой, прошло много времени. Когда я был еще молодым ученым, я встречал выдающихся исследователей преклонных лет, решительно отвергавших эту идею. Похоже, они боялись, что, согласившись с теорией Большого взрыва, они позволят Творцу “выпрыгнуть из гроба”. Забавно, что история повторилась, но теперь стороны поменялись ролями. Если во времена Коперника и Галилея именно Ватикан отверг новую модель Вселенной, то во времена Леметра одним из первых, кто поддержал его новую теорию расширяющейся Вселенной, стал в 1951 году папа Пий XII.

Говорят, что старая теория умирает вместе с последними критиками новой. Так и случилось. Сейчас теорию динамичной, расширяющейся Вселенной полностью принимают все ученые, несмотря на то, что разгадать тайну Большого взрыва нам лишь предстоит.

Другой свет: радиоастрономия

Тысячелетиями люди могли смотреть на небо только невооруженным глазом. Позже, начиная с XVII века, им помогали в этом оптические телескопы. Но девяносто лет назад, с распространением совершенно новой методики, произошла революция в изучении космоса. Когда в 1932 году Карл Гуте Янский открыл космическое радиоизлучение, мы мгновенно увидели всю Вселенную в совершенно ином свете – буквально ином, потому что мы впервые использовали для наблюдений не видимый свет, а свет из другого диапазона электромагнитного спектра. Для астрономов это означало, что они вступают на абсолютно неизведанную территорию, к которой еще нужно было привыкнуть. Вначале некоторые воротили от нее носы, и потребовалось некоторое время, чтобы новая дисциплина – радиоастрономия – нашла свое место в рамках более широкой науки – астрономии, а ее инструменты стали называться телескопами, но уже не оптическими, а радиотелескопами. Компоненты оптических телескопов, с помощью которых формируется изображение, обычно изготавливаются из различных видов стекла, а радиотелескопы изготавливаются из стали.

Сегодня мы регистрируем космическое излучение во всем спектре электромагнитных волн, используя для этой цели радио-, инфракрасные, оптические, рентгеновские и гамма-телескопы. Мы принимаем радиоволны с частотой 0,01 ГГц, у которых длина волны сравнима с размером дома. Или гамма-лучи с частотой 100 миллиардов ГГц, с длиной волны в 100 миллионов раз меньше размера атома. Один гигагерц равен одному миллиарду колебаний в секунду – это тот тип излучения, который мы используем в wi-fi. Видимый свет колеблется с частотой 500 000 ГГц. Излучение, испускаемое Вселенной, можно сравнить с космической симфонией, где каждой отдельной частоте соответствует нота в музыкальной гамме света. Инструменты, которые есть у нас сегодня, охватывают диапазон частот в шестьдесят три октавы, что соответствует фортепиано с клавиатурой длиной почти 12 метров. До появления радиоастрономии мы слышали светомузыку Вселенной, исполняемую только в одной октаве. Благодаря радиотелескопам постепенно добавились басовые ноты, что придало Вселенной совершенно новое звучание. Внезапно небо, озаренное радиочастотным излучением, засияло не только звездами, но и черными дырами и светом, оставшимся от Большого взрыва. Позже, с появлением рентгеновских и гамма-телескопов, мы услышали и более высокие ноты.

Прорыв в новой области астрономии произошел после Второй мировой войны, и это не было случайностью: военные действия в воздухе обусловили развитие радаров. Помимо очень многого плохого эта смертоносная война дала человечеству и кое‐что хорошее: помогла создать необходимую технологию (хотя при всей ценности радиоастрономии мы никогда не должны забывать о ее печальном происхождении). После войны большое количество радиоантенн, тарелок-приемников и передатчиков оказались ненужными, и астрономы выстроились за ними в очередь.

В последующие годы в исследованиях использовались в основном гигантские радиоантенны, которые когда‐то создали инженеры для радиолокационных станций. В Англии группа бывших солдат Королевских ВВС под руководством Бернарда Ловелла начала строительство гигантского телескопа диаметром 76 метров в Астрофизическом центре Джодрелл-Бэнк. Из-за ошибки в расчетах его размеры оказались совершенно неподходящими для выполнения первоначально поставленных задач. Проект начал испытывать финансовые трудности, и Ловелл испугался, что его отправят в тюрьму. Но запуск первого советского спутника в 1957 году спас телескоп, поскольку группа, обслуживающая его, оказалась единственной во всей Англии, способной принять и расшифровать радиосигналы со спутника. (Конечно, это удалось сделать не с помощью гигантского радиотелескопа, а с помощью простой антенны[92].)

Голландцы тоже принялись исследовать небо в этом новом диапазоне электромагнитного спектра. Сначала они работали на немецком радиолокационном оборудовании, а затем построили на окраине города Двингело свой 25‐метровый телескоп, используемый для измерения излучения водорода с длиной волны 21 сантиметр, возможность наблюдения которого предсказал Хендрик ван де Хюлст.

Радиотарелка диаметром 64 метра, построенная в Австралии недалеко от небольшого городка Паркс в Новом Южном Уэльсе, вошла в историю благодаря невероятным усилиям ученых, первыми наладившими трансляцию по телевидению кадров высадки на Луну экипажа “Аполлона-11”.

В 70‐е годы немецкие радиоастрономы построили самый большой в мире полноповоротный радиотелескоп диаметром 100 метров в небольшом городке Эффельсберг недалеко от Бонна, тогдашней столицы Западной Германии. Будучи аспирантом в Радиоастрономическом институте Макса Планка, в ведении которого находится этот инструмент, я использовал его для своих первых радиоастрономических наблюдений.

Существовал только один радиотелескоп большего размера – 300‐метровая тарелка в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, построенная в 60‐е годы Министерством обороны США и позже переданная астрономам. Телескоп был установлен в естественном углублении и не допускал никаких перемещений тарелки. В результате с его помощью можно было наблюдать лишь небольшую часть неба. Этот объект стал известен благодаря фильму “Золотой глаз” о Джеймсе Бонде, в котором главный злодей заливает тарелку водой. В 2020 году кабели оборвались, тарелка сломалась, и радиотелескоп пришлось демонтировать.

Примерно в то же время в городке Грин-Бэнк американцы строили полноповоротную радиотарелку диаметром 90 метров. (Этот городок находится в сельской части штата Западная Вирджиния, которая была объявлена зоной радиомолчания. Сегодня он очень популярен среди тех, кто боится радиации.) Но в 90‐е телескоп в одночасье рухнул из‐за усталости металла. За день до этого мой коллега из Бонна[93] сделал фотографию телескопа – как выяснилось, последнюю: на следующее утро на месте телескопа он уже снимал груды обломков. Как правило, мы, радиоастрономы, не суеверны, но после этого случая все начинали немного нервничать, когда он доставал свою камеру.

Телескоп Грин-Бэнк был построен заново, и на этот раз его средний поперечник стал на один метр больше, чем диаметр 100‐метрового радиотелескопа в немецком Эффельсберге. Я никогда не мог понять, в чем состоит научное обоснование необходимости увеличить диаметр на метр. Совершенно ясно, что эта технология достигла своего предела. Никто не сумел бы – да и не стал бы – строить еще большие телескопы.

Тем не менее нам, астрономам, срочно требовались более крупные установки для получения более четких изображений. Разрешение изображения телескопа зависит от длины волны света